專利名稱：生產(chǎn)松弛SiGe基質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明廣泛地涉及生產(chǎn)半導(dǎo)體層的方法，更具體而言，涉及松弛硅鍺(SiGe)基質(zhì)的生產(chǎn)方法，該方法使用分子氫注入法，在硅基質(zhì)上形成具有高鍺含量的松弛硅鍺膜。
通常，使用厚分級SiGe膜的方法已經(jīng)被用作生產(chǎn)松弛SiGe基質(zhì)的方法，在此方法中，沉積具有幾個(gè)微米數(shù)量級的Ge濃度梯度的SiGe膜，以引起膜本身吸收張應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)松弛的基質(zhì)。通過增長幾個(gè)微米(μm)厚度的組成性分級的層，形成了高質(zhì)量的松弛Si1-xGex緩沖層，其中的Si1-xGex代表了帶有變化Ge含量的硅鍺膜。但是，在界面沒有出現(xiàn)錯(cuò)配位錯(cuò)的地方，SiGe膜的厚度要求為幾個(gè)微米的數(shù)量級。因此，沉積SiGe的成本變高并且所要形成的膜螺紋位錯(cuò)的密度仍然很高(典型地＞106/cm2)。此外，將幾個(gè)微米厚的Si1-xGex膜結(jié)合到裝置制作中是不實(shí)用的。
已經(jīng)研制成了作為備選的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，以有效地松弛Si上的應(yīng)變的SiGe層。這些方法都利用離子化的原子氫(H+)，這些方法涉及氫注入用以在應(yīng)變的SiGe層形成之后，松弛應(yīng)變的SiGe層。在氫離子被注入到應(yīng)變的SiGe層之后，應(yīng)變的SiGe層在下面的退火步驟中被松弛。
然而，注氫產(chǎn)生的缺陷發(fā)揮作用，在錯(cuò)配界面終止了位錯(cuò)，從而降低了螺紋位錯(cuò)的密度(104/cm2或者更少)。這種注氫方法需要以1×1016/cm2-4×1016/cm2的劑量注入氫，而且由于長期需要，注氫方法的成本是昂貴的。同樣對在退火步驟之前實(shí)施注氦進(jìn)行了研究，以提高應(yīng)變的SiGe膜的松弛。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供一層覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺層(Si1-xGex)包括沉積一層Si1-xGex，其中的x大于0.2。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供一層覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺層(Si1-xGex)包括沉積一層分級的Si1-xGex，其中的x的變化范圍為0.03-0.5。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供一個(gè)覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺層(Si1-xGex)包括沉積一層分級的Si1-xGex，其中的x在Si層界面的變化范圍為0.03-0.2，而且在Si1-xGex層頂面的變化范圍為0.2-0.5。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供一個(gè)覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺層(Si1-xGex)包括沉積一層分級的Si1-xGex，其中的x值隨著層的厚度增加，這種增加選自線性增加和逐步增加。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供一個(gè)覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺層(Si1-xGex)包括沉積一層分級的Si1-xGex，該層的厚度范圍為1000-5000。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供一個(gè)覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺層(Si1-xGex)包括在400-600攝氏度的范圍內(nèi)外延生長Si1-xGex層。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供一個(gè)覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺層(Si1-xGex)包括形成一個(gè)Si1-xGex膜的應(yīng)變層，該層具有與下面的單晶硅緩沖層晶格結(jié)構(gòu)相匹配的晶格結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，用離子化的分子氫(H2+)注入單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括將離子化的分子氫(H2+)注入到下面的單晶硅緩沖層中至大約100-300的計(jì)劃范圍。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，用離子化的分子氫(H2+)注入單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括注入2×1014/cm2-2×1016/cm2劑量范圍、10keV-100keV能量范圍的離子化的分子氫(H2+)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法還包括在退火之前，用選自硼，氦，和硅的物質(zhì)注入單晶硅鍺層(Si1-xGex)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，用選自硼，氦，和硅的物質(zhì)注入單晶硅鍺層(Si1-xGex)包括在離子化的分子氫(H2+)注入之前注入這些物質(zhì)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，用選自硼，氦，和硅的物質(zhì)注入單晶硅鍺層(Si1-xGex)包括在離子化的分子氫(H2+)注入之后，注入這些物質(zhì)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，用選自硼，氦，和硅的物質(zhì)注入單晶硅鍺層(Si1-xGex)包括以1×1012/cm2-1×1015/cm2的劑量范圍注入這些物質(zhì)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，用離子化的分子氫(H2+)注入單晶硅鍺層(Si1-xGex)包括作為對選自硼、氦和硅的物質(zhì)的注入劑量增加的響應(yīng)，降低離子化的分子氫(H2+)的劑量。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法還包括在注入之前，形成覆蓋單晶硅鍺層(Si1-xGex)的犧牲二氧化硅層；和，在注入之后，去除犧牲二氧化硅層。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述的退火包括在650-1000攝氏度的溫度范圍內(nèi)退火0.1-30分鐘的時(shí)間段。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述的退火包括在大約250攝氏度進(jìn)行大約10分鐘的低溫退火；和，在650-1000攝氏度的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行0.1-30分鐘的高溫退火。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述的退火包括在選自真空，氮，氬，和其它惰性氣體的氣氛下進(jìn)行退火。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法還包括在退火之后，沉積一層覆蓋松弛Si1-xGex層的單晶Si1-xGex附加層。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，沉積一層覆蓋松弛Si1-xGex層的單晶Si1-xGex附加層包括沉積具有厚度大于1000的附加層。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法包括在退火之后，提供一層覆蓋松弛Si1-xGex層的張力應(yīng)變的單晶硅。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供一層覆蓋松弛Si1-xGex層的張力應(yīng)變的單晶硅層包括沉積一層厚度范圍為50-300的的張力應(yīng)變的單晶硅層。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供一層覆蓋松弛Si1-xGex層的張力應(yīng)變的單晶硅層包括外延生長一層張力應(yīng)變的硅層，該層具有與下面的松弛Si1-xGex層相匹配的晶格結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在硅基質(zhì)上提供單晶硅緩沖層包括沉積一層厚度范圍為50-1000的的硅層。
依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其用于形成具有高鍺含量的松弛硅鍺層，該方法包括提供硅(Si)基質(zhì)；提供厚度范圍為50-1000、覆蓋硅基質(zhì)的單晶硅緩沖層；提供一層應(yīng)變的單晶硅鍺Si1-xGex層，其覆蓋厚度范圍為1000-5000的單晶硅緩沖層，其中的x大于0.2；以2×1014/cm2-2×1016/cm2的劑量范圍將離子化的分子氫(H2+)注入到應(yīng)變的單晶硅鍺(Si1-xGex)層；在650-1000攝氏度的溫度范圍內(nèi)，至少退火應(yīng)變的單晶硅鍺(Si1-xGex)層0.1-30分鐘；和，作為對退火的響應(yīng)，將應(yīng)變的單晶Si1-xGex層轉(zhuǎn)換為松弛的單晶Si1-xGex層。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法還包括在退火之前，以1×1012/cm2-1×1015/cm2的劑量范圍將選自硼、氦和硅的物質(zhì)注入應(yīng)變的單晶Si1-xGex層。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法還包括在退火之后，外延生長一層張力應(yīng)變的Si層，該Si層覆蓋應(yīng)變的單晶Si1-xGex層，其具有的厚度范圍為50-300。在下文中，將對上述構(gòu)造的功能進(jìn)行描述。
生產(chǎn)具有超過20-30％高Ge含量的厚(100-500nm)松弛、光滑的SiGe膜，將其作為張力應(yīng)變Si膜的基質(zhì)層，以用于高速M(fèi)OSFET應(yīng)用。如上所述，原子氫(H+)注入已經(jīng)顯示出是一種生產(chǎn)這種膜的有效方法，但是，由于需要長期的處理時(shí)間，這種原子氫(H+)注入方法成本很高。相反，本發(fā)明使用單獨(dú)離子化的分子氫(H2+)，而不是原子氫(H+)來降低此方法的時(shí)間和成本，這是因?yàn)榭梢砸噪p倍能量(即倍增離子注入器的設(shè)定能量)和半流(即1/2劑量)來實(shí)施注入。因此，與通過使用原子氫(H+)注入方法而取得的相同的效果，可以用該方法所需的一半時(shí)間得到保證。照此，本發(fā)明可以提供一種松弛SiGe基質(zhì)生產(chǎn)方法，該方法用于在硅基質(zhì)上形成具有高鍺含量的松弛硅鍺層。
此外，如果硼(B)、氦(He)，硅(Si)，或者其它物質(zhì)可以與單獨(dú)離子化的分子氫(H2+)共注入，那么對絕緣硅(SOI)制作將是有效的。
此外，如果可以將H2+單獨(dú)或者與例如硼的物質(zhì)一起的注入，用于松弛的外延沉積在Si基質(zhì)上的應(yīng)變的SiGe膜，那么將是有利的。
因此，此處描述的本發(fā)明有利于提供一種通過使用松弛SiGe來生產(chǎn)應(yīng)變Si通道基質(zhì)的方法，和提供一種能夠降低加工時(shí)間和成本的、生產(chǎn)半導(dǎo)體裝置的方法，所述的時(shí)間和成本是氫離子被注入到應(yīng)變的SiGe膜以松弛所需的時(shí)間和成本。
在閱讀并理解了下面關(guān)于附圖的詳細(xì)描述以后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)明白本發(fā)明的這種或者其它的優(yōu)點(diǎn)。
圖2是一幅裝置結(jié)構(gòu)的橫截面視圖，該結(jié)構(gòu)通過完成

圖1流程圖中所示的、形成Si1-xGex層的步驟而獲得。
圖3是一幅橫截面視圖，其用圖解法闡述了在圖1流程圖中所示的注H2+步驟的過程中裝置結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。
圖4是一幅橫截面視圖，其闡述了在圖1流程圖中所示的退火步驟過程中裝置結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。
圖5是一幅裝置結(jié)構(gòu)的橫截面視圖，該結(jié)構(gòu)通過任選地沉積一個(gè)覆蓋圖4的松弛SiGe層的、附加的松弛SiGe層而獲得。
圖6是一幅裝置結(jié)構(gòu)的橫截面視圖，該結(jié)構(gòu)通過任選地沉積一個(gè)覆蓋圖4的松弛SiGe層的、張力應(yīng)變的Si層而獲得。
圖1是一幅流程圖，其闡述了依照本發(fā)明的實(shí)施方案使用分子氫注入的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法。
盡管為了清楚起見，該生產(chǎn)方法被描繪為一序列步驟，但是除非明確規(guī)定，不能從序號中推斷順序。應(yīng)該理解這些步驟中有一些可以被省略、平行地實(shí)施、或者不需要保持嚴(yán)格的序列順序?qū)嵤Ｉa(chǎn)方法從步驟100開始。
如圖1所示，步驟102提供了硅基質(zhì)。
步驟104沉積了一個(gè)覆蓋所述硅基質(zhì)的單晶硅(Si)緩沖層(以下簡稱為“硅緩沖層”)。在本發(fā)明的一些方面，步驟104包括沉積厚度范圍為50-1000的硅層。
步驟106沉積了一個(gè)覆蓋所述Si緩沖層的單晶硅鍺層(以下簡稱為Si1-xGex層)。
步驟107形成了一個(gè)覆蓋所述Si1-xGex層的犧牲二氧化硅層。步驟107可以被省略。
步驟108將離子化的分子氫(H2+)通過犧牲二氧化硅層注入或者直接注入到Si1-xGex層。
步驟109a用選自硼、氦、和硅的物質(zhì)注入Si1-xGex層。步驟109a可以被省略。
步驟109b去除了犧牲二氧化硅層。在沒有提供犧牲二氧化硅層的情況下，不需要步驟109b。
步驟110退火。實(shí)施步驟110a和步驟110b可以替代實(shí)施步驟110。具體地，步驟110a是低溫退火，步驟110b是高溫退火。
步驟112，作為對退火的響應(yīng)，將Si1-xGex層轉(zhuǎn)換為松弛Si1-xGex層。
步驟114沉積了一個(gè)覆蓋松弛Si1-xGex層的附加Si1-xGex層。步驟114可以被省略。
步驟116沉積了一個(gè)覆蓋附加Si1-xGex層的硅(Si)層。步驟116可以被省略。
上述的步驟將在下面作更為詳細(xì)的描述。
在本發(fā)明的一些方面中，在步驟106中的沉積一層覆蓋Si緩沖層的Si1-xGex層包括沉積一個(gè)Si1-xGex層，其中的x大于0.2。在其它方面中，沉積一層覆蓋Si緩沖層的Si1-xGex層包括沉積一個(gè)分級的Si1-xGex層，其中x的變化范圍為0.03-0.5。更具體地，x的變化范圍在Si層界面為0.03-0.2，在Si1-xGex層的頂面為0.2-0.5。其中的x值隨著層的厚度增加，這種增加可以是線性增加或者逐步增加。
在本發(fā)明的一些方面中，在步驟106中的沉積一層覆蓋Si緩沖層的Si1-xGex層包括沉積一個(gè)Si1-xGex層，其厚度范圍是1000-5000。在其它方面中，沉積一層覆蓋Si緩沖層的Si1-xGex層包括在400-600攝氏度的溫度范圍內(nèi)，外延生長Si1-xGex層。在步驟106的一些方面中，形成了一個(gè)應(yīng)變的Si1-xGex膜層，其具有與下面單晶硅緩沖層晶格結(jié)構(gòu)相匹配的晶格結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一些方面中，在步驟108中的用離子化的分子氫(H2+)注入Si1-xGex層包括將H2+注入到下面的硅緩沖層中至大約100-300的計(jì)劃范圍。更具體而言，步驟108包括將H2+以2×1014/cm2-2×1016/cm2的劑量范圍，以10千電子伏特(keV)-100keV的能量范圍進(jìn)行注入。
在本發(fā)明的一些方面中，執(zhí)行任選的步驟。步驟109a，在退火之前(步驟110)，用選自硼、氦、和硅的物質(zhì)注入Si1-xGex層?？梢栽陔x子化的分子氫注入(步驟108)前，或者在步驟108后，實(shí)施步驟109a。
在步驟109a中，用選自硼、氦、和硅的物質(zhì)注入Si1-xGex層包括以1×1012/cm2-1×1015/cm2的劑量范圍注入。在步驟108a和109a之間存在關(guān)聯(lián)。作為對選自硼、氦和硅的物質(zhì)的注入劑量增加(步驟109a)的響應(yīng)，可以降低步驟108中的注入的H2+劑量。同樣，通過增加步驟108中的H2+劑量，步驟109a中物質(zhì)的劑量可以被降低。
本發(fā)明的一些方面包括另外的步驟。步驟107在注入前(步驟108或者步驟108和109a)，形成覆蓋Si1-xGex層的犧牲二氧化硅層。步驟109b在步驟108或者步驟108和109a中的注入之后，在步驟110中的退火之前，去除了犧牲二氧化硅層。
在本發(fā)明的一些方面中，步驟110中的退火包括在650-1000攝氏度的溫度范圍內(nèi)退火0.1-30分鐘?；蛘撸诓襟E110中的退火包括下面的子步驟110a和110b。步驟110a是在大約250攝氏度退火10分鐘的低溫退火。步驟110b是在650-1000所述的的溫度范圍內(nèi)退火0.1-30分鐘的高溫退火。典型地，步驟110在諸如真空、氮、氬、或者其它惰性氣體氣氛中進(jìn)行。
本發(fā)明的一些方面包括另外的步驟。步驟114，在退火(步驟110)后，沉積一個(gè)覆蓋松弛Si1-xGex層的附加單晶Si1-xGex層。在一些方面中，步驟116，在退火之后，沉積一個(gè)覆蓋松弛Si1-xGex層的張力應(yīng)變的單晶Si層。注意可以執(zhí)行步驟114不執(zhí)行步驟116。同樣，可以執(zhí)行步驟116不執(zhí)行步驟114，或者同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)步驟。
在本發(fā)明的一些方面中，在步驟114中沉積一個(gè)覆蓋松弛Si1-xGex層的附加單晶Si1-xGex層包括沉積一個(gè)厚度大于1000的附加層。在本發(fā)明的一些方面，步驟114包括外延生長一個(gè)張力應(yīng)變的Si層，其具有與下面Si1-xGex層的晶格結(jié)構(gòu)相匹配的晶格結(jié)構(gòu)。沉積一個(gè)覆蓋了步驟116中Si1-xGex層的Si層包括沉積一個(gè)厚度范圍為50-300的Si層。
圖2是一幅裝置結(jié)構(gòu)的橫截面視圖，其顯示了在松弛SiGe膜完成中的初始步驟，所述的膜依照本發(fā)明的方法完成。具體而言，圖2是一幅裝置結(jié)構(gòu)的橫截面視圖，該結(jié)構(gòu)通過完成圖1流程圖中所示的、形成Si1-xGex層的步驟而獲得。
如圖2中所示，在覆蓋Si層即硅基質(zhì)202的Si緩沖層203上提供應(yīng)變的SiGe膜200。
在本發(fā)明的一些方面中，SiGe層200下面的厚度為50-1000的Si緩沖層203被沉積在硅基質(zhì)202上。SiGe層的厚度t1為1000-5000。SiGe膜200中的Ge含量可以高達(dá)30％或者更高。作為備選，可以使用分級Ge分布。對生長條件和源氣體進(jìn)行選擇以使表面粗糙最小化而保證良好的結(jié)晶度。低溫生長(400-600℃)可以被用來產(chǎn)生亞穩(wěn)應(yīng)變的SiGe層200(或者亞穩(wěn)應(yīng)變的SiGe膜)。
圖3是一幅橫截面視圖，其用圖解法闡述了在圖1流程圖中所示的注H2+步驟的過程中裝置結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。
如圖3所示，使用帶有或者不帶有其它物質(zhì)如硼、氦、或者硅的分子氫離子(H2+)注入Si緩沖層203。H2+的注入可以在其它物質(zhì)之前也可以在其它物質(zhì)之后。H2+的劑量范圍為2e14/cm2(2×1014/cm2)-2e16/cm2(2×1016/cm2)，但是要取決于共注入物質(zhì)的劑量。其它物質(zhì)(例如硼，氦，或者Si)的劑量的變化范圍很大，例如從1e12/cm2-1e15/cm2。通常，共注入物質(zhì)的劑量越高，H2+劑量可以被降低得越多。注入能量取決于SiGe厚度，而且對能量進(jìn)行選擇以使注入范圍是類似的。為了避免H2+注入步驟中的污染，可以在SiGe層200上沉積50-300厚度范圍的薄犧牲二氧化硅(未顯示)。
圖4是一幅橫截面視圖，其闡述了在圖1流程圖中所示的退火步驟過程中裝置結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。
如圖4所示，熱退火步驟在圖3所示的應(yīng)變的SiGe層200上進(jìn)行，從而將應(yīng)變的SiGe層200轉(zhuǎn)換為松弛SiGe層200A。退火在惰性氣氛例如氬(Ar)、650℃-1000℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。作為備選，可以使用低溫預(yù)退火，例如250℃退火10分鐘，隨后進(jìn)行較高溫度的退火。該退火步驟將應(yīng)變的SiGe層200轉(zhuǎn)換成松弛的SiGe層200A而保持了光滑的表面，從而獲得了松弛SiGe基質(zhì)201。
圖5是一幅裝置結(jié)構(gòu)的橫截面視圖，該結(jié)構(gòu)通過任選地沉積一個(gè)覆蓋圖4的松弛SiGe層的、附加的松弛SiGe層而獲得。
如圖5所示，在圖4的松弛SiGe層200A上，另外沉積一個(gè)厚度t2超過1000的松弛SiGe層500，從而獲得松弛SiGe基質(zhì)501。
圖6是一幅裝置結(jié)構(gòu)的橫截面視圖，該結(jié)構(gòu)通過任選地沉積一個(gè)覆蓋圖4的松弛SiGe層的、張力應(yīng)變的Si膜而獲得。
如圖6所示，在圖4的松弛SiGe層200A上，另外提供一個(gè)張力應(yīng)變的層600，該層典型地具有50-300的厚度t3，從而獲得松弛SiGe基質(zhì)601。
現(xiàn)在將對證實(shí)本發(fā)明效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行描述。在一系列實(shí)驗(yàn)中，證實(shí)了單獨(dú)離子化的分子氫(H2+)在松弛施加到應(yīng)變SiGe層200中應(yīng)變上的應(yīng)力中的用途。具體地，在6英寸Si(001)晶片上外延生長大約300nm厚度的SiGe膜，從而獲得應(yīng)變的SiGe層200。該SiGe膜具有分級的Ge分布，從在SiGe/Si界面的大約20％到晶片表面的大約30％線性地變化。如此沉積的SiGe膜被應(yīng)變以使其與Si基質(zhì)晶格-匹配。隨后用1e16/cm2的分子氫(H2+)離子，以能量58keV-66keV注入這些晶片。最后，將這些晶片在氬氛圍下、800℃退火9分鐘。
觀察到了這些晶片表面的Nomarski顯微圖象以及Si(224)基質(zhì)峰附近的X射線衍射(XRD)倒晶格空間圖。如果分子氫(H2+)的注入太淺，SiGe膜具有高的晶格松弛度(R)，但是晶格面沒有被很好地定向(給出一個(gè)寬的XRD峰)并且表面變得粗糙。使用較高的注入能量，SiGe膜仍然具有R＞80％，但是表面光潔度在很大程度上降低。在更高的分子氫(H2+)注入能量下，SiGe膜松弛有少許降低，但是表面非常光滑。通過調(diào)節(jié)注入能量和劑量，獲得了晶格充分松弛同時(shí)保持了良好的結(jié)晶度和光滑表面的效果。
本發(fā)明提供了一種有用的松弛SiGe基質(zhì)生產(chǎn)方法，其用來形成覆蓋Si基質(zhì)202的松弛SiGe層200A，所述的方法使用帶有或者不帶有附加物質(zhì)的離子化分子氫(H2+)。本發(fā)明的一些方法細(xì)節(jié)被作為實(shí)施例給出。但是，本發(fā)明不能僅限于這些實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對其作其它的改變和實(shí)施。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，提供了一種使用分子氫注入的、松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其用來在硅基質(zhì)202上形成具有高鍺含量的松弛SiGe層200A。該松弛SiGe基質(zhì)生產(chǎn)方法包括沉積一個(gè)覆蓋硅基質(zhì)202的單晶硅(Si)緩沖層203；提供一個(gè)覆蓋Si緩沖層的單晶硅鍺(Si1-xGex)層200，其具有的厚度為1000-5000；將離子化的分子氫(H2+)注入到下面的Si1-xGex層200至大約100-300的預(yù)定范圍；任選地，用選自例如硼、氦、或者硅的物質(zhì)注入Si1-xGex層200；退火；和，作為對退火的響應(yīng)，將Si1-xGex層200轉(zhuǎn)換為松弛Si1-xGex層200A。任選地，在退火之后，可以在松弛Si1-xGex層200A上覆蓋沉積一個(gè)附加的單晶Si1-xGex層500，其厚度大于1000。通過這種方法，可以顯著地降低將氫離子注入到應(yīng)變SiGe膜以用于松弛所需要的時(shí)間，從而降低了該方法的成本。
如上所述，本發(fā)明可以提供一種通過使用松弛SiGe來生產(chǎn)應(yīng)變Si通道基質(zhì)的方法，該方法可以降低將氫離子注入到應(yīng)變SiGe膜以用于松弛所需要的時(shí)間和成本。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不必離開本發(fā)明精神和范圍的情況下，很容易地作出各種其它改變。因此，并不能將后附的權(quán)利要求書的范圍限制于本說明書，相反，而是應(yīng)該廣義地理解這些權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其使用分子氫注入法來形成具有高鍺含量的松弛硅鍺層，該方法包括在硅基質(zhì)上提供單晶硅緩沖層；提供一層覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺(Si1-xGex)；用離子化的分子氫(H2+)注入單晶硅鍺(Si1-xGex)層；至少退火單晶硅鍺(Si1-xGex)層；和作為對退火的響應(yīng)，將單晶硅鍺(Si1-xGex)層轉(zhuǎn)換為松弛Si1-xGex層。
2.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中提供一層覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括沉積一層Si1-xGex層，其中的x大于0.2。
3.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中提供一層覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括沉積一層分級的Si1-xGex層，其中的x的變化范圍為0.03-0.5。
4.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中提供一個(gè)覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括沉積一層分級的Si1-xGex層，其中的x在Si層界面的變化范圍為0.03-0.2，而且在Si1-xGex層頂面的變化范圍為0.2-0.5。
5.權(quán)利要求3的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中提供一個(gè)覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括沉積一層分級的Si1-xGex，其中的x值隨著層的厚度增加，這種增加選自線性增加和逐步增加。
6.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中提供一個(gè)覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括沉積一層Si1-xGex層，該層的厚度范圍為1000-5000。
7.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中提供一個(gè)覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括在400-600攝氏度的范圍內(nèi)外延生長Si1-xGex層。
8.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中提供一個(gè)覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括形成一個(gè)Si1-xGex膜的應(yīng)變層，該層具有與下面的單晶硅緩沖層晶格結(jié)構(gòu)相匹配的晶格結(jié)構(gòu)。
9.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中用離子化的分子氫(H2+)注入單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括將離子化的分子氫(H2+)注入到下面的單晶硅緩沖層中至大約100-300的計(jì)劃范圍。
10.權(quán)利要求9的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中用離子化的分子氫(H2+)注入單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括注入2×1014/cm2-2×1016/cm2劑量范圍、10keV-100keV能量范圍的離子化的分子氫(H2+)。
11.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其還包括在退火之前，用選自硼，氦，和硅的物質(zhì)注入單晶硅鍺(Si1-xGex)層。
12.權(quán)利要求11的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中用選自硼，氦，和硅的物質(zhì)注入單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括在離子化的分子氫(H2+)注入之前注入這些物質(zhì)。
13.權(quán)利要求11的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中用選自硼，氦，和硅的物質(zhì)注入單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括在離子化的分子氫(H2+)注入之后，注入這些物質(zhì)。
14.權(quán)利要求11的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中用選自硼，氦，和硅的物質(zhì)注入單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括以1×1012/cm2-1×1015/cm2的劑量范圍注入這些物質(zhì)。
15.權(quán)利要求11的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中用離子化的分子氫(H2+)注入單晶硅鍺(Si1-xGex)層包括作為對選自硼、氦和硅的物質(zhì)的注入劑量增加的響應(yīng)，降低離子化的分子氫(H2+)的劑量。
16.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其還包括在注入之前，形成覆蓋單晶硅鍺(Si1-xGex)層的犧牲二氧化硅層；和，在注入之后，去除犧牲二氧化硅層。
17.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中的退火包括在650-1000攝氏度的溫度范圍內(nèi)退火0.1-30分鐘的時(shí)間段。
18.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中的退火包括在大約250攝氏度進(jìn)行大約10分鐘的低溫退火；和在650-1000攝氏度的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行0.1-30分鐘的高溫退火。
19.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中的退火包括在選自真空，氮，氬，和其它惰性氣體的氣氛下進(jìn)行退火。
20.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其還包括在退火之后，沉積一層覆蓋松弛Si1-xGex層的單晶Si1-xGex附加層。
21.權(quán)利要求20的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中沉積一層覆蓋松弛Si1-xGex層的單晶Si1-xGex附加層包括沉積具有厚度大于1000的附加層。
22.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其包括在退火之后，提供一層覆蓋松弛Si1-xGex層的張力應(yīng)變的單晶硅層。
23.權(quán)利要求22的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中提供一層覆蓋松弛Si1-xGex層的張力應(yīng)變的單晶硅層包括沉積一層厚度范圍為50-300的的張力應(yīng)變的單晶硅層。
24.權(quán)利要求22的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中提供一層覆蓋松弛Si1-xGex層的張力應(yīng)變的單晶硅層包括外延生長一層張力應(yīng)變的硅層，該層具有與下面的松弛Si1-xGex層的晶格結(jié)構(gòu)相匹配的晶格結(jié)構(gòu)。
25.權(quán)利要求1的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其中在硅基質(zhì)上提供單晶硅緩沖層包括沉積一層厚度范圍為50-1000的的硅層。
26.一種松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其用于形成具有高鍺含量的松弛硅鍺層，該方法包括提供硅(Si)基質(zhì)；提供厚度范圍為50-1000、覆蓋硅基質(zhì)的單晶硅緩沖層；提供一層應(yīng)變的單晶硅鍺(Si1-xGex)層，其覆蓋厚度范圍為1000-5000的單晶硅緩沖層，其中的x大于0.2；以2×1014/cm2-2×1016/cm2的劑量范圍將離子化的分子氫(H2+)注入到應(yīng)變的單晶硅鍺(Si1-xGex)層；在650-1000攝氏度的溫度范圍內(nèi)，至少退火應(yīng)變的單晶硅鍺(Si1-xGex)層0.1-30分鐘；和作為對退火的響應(yīng)，將應(yīng)變的單晶Si1-xGex層轉(zhuǎn)換為松弛的單晶Si1-xGex層。
27.權(quán)利要求26的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其還包括在退火之前，以1×1012/cm2-1×1015/cm2的劑量范圍將選自硼、氦和硅的物質(zhì)注入應(yīng)變的單晶Si1-xGex層。
28.權(quán)利要求26的松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其還包括在退火之后，外延生長一層張力應(yīng)變的Si層，該Si層覆蓋厚度范圍為50-300的應(yīng)變的單晶Si1-xGex層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種松弛SiGe基質(zhì)的生產(chǎn)方法，其使用分子氫注入法來形成具有高鍺含量的松弛硅鍺層，該方法包括在硅基質(zhì)上提供單晶硅緩沖層；提供一層覆蓋單晶硅緩沖層的單晶硅鍺(Si
文檔編號H01L21/205GK1444253SQ0310609
公開日2003年9月24日 申請日期2003年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月13日
發(fā)明者馬哲申, 道格拉斯·詹姆斯·特威滕, 許勝籘, 李宗霑 申請人:夏普株式會(huì)社