專利名稱：一種具有高Ge組分的應(yīng)變SiGe層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備高鍺(Ge)組分的應(yīng)變SiGe層的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)中，提高半導(dǎo)體器件的性能是一個(gè)很重要的課題。提高載流子遷移率是提高半導(dǎo)體器件的驅(qū)動(dòng)電流的有效措施之一，而載流子遷移率的提高可以通過(guò)在溝道中引入應(yīng)變來(lái)實(shí)現(xiàn)。如對(duì)于P型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(PM0SFET)，采用具有壓應(yīng)變的應(yīng)變SiGe作為溝道可以大大提高空穴的遷移率，從而提高器件的性能；從另一方面來(lái)說(shuō)，和硅相比，鍺材料具有更高的載流子遷移率。所以，SiGe層中Ge組分越大，層中的應(yīng)變?cè)酱螅?載流子遷移率提高越大，對(duì)器件性能的提高越有利。通常制備應(yīng)變SiGe都是直接在硅Si襯底上外延，由于Si襯底與SiGe層之間不同的晶格常數(shù)，Si襯底上外延出來(lái)的SiGe層都有壓應(yīng)變。但是當(dāng)Ge組分過(guò)高時(shí)，層中會(huì)產(chǎn)生大量的位錯(cuò)缺陷，導(dǎo)致層中的應(yīng)變部分被弛豫，不利于器件性能的提高，因此傳統(tǒng)制得的SiGe層中的Ge組分通常為30% 40%。綜上所述，探索新方法生長(zhǎng)含有高Ge組分，質(zhì)量好的的應(yīng)變SiGe層來(lái)進(jìn)一步提高空穴遷移率很有意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)制備應(yīng)變SiGe層對(duì)Ge組分比例限制的缺點(diǎn)， 特提供一種新的制備應(yīng)變SiGe層的方法。該方法是1、準(zhǔn)備硅襯底；2、利用低溫硅(LT-Si)的方法和離子注入的方法制備應(yīng)變Si層(具體步驟結(jié)合實(shí)施例闡述)。因?yàn)楸景l(fā)明所需用的應(yīng)變Si層只是作為外延應(yīng)變SiGe層的基地，不需用有太大的應(yīng)變，層中應(yīng)變小于0. 3%即可，并且應(yīng)變Si層的表面粗糙度可以控制在IO6HT2 —下，所以上述兩種方法均滿足本實(shí)驗(yàn)需求，且工藝簡(jiǎn)單；3、利用化學(xué)氣相淀積(CVD)在應(yīng)變Si層上外延一層含Ge組分為60% 90%的高Ge組分SiGe層， 得到本發(fā)明結(jié)果。本方法的優(yōu)點(diǎn)就在于1、在應(yīng)變Si層上淀積SiGe層，由于Si的晶格常數(shù)<張應(yīng)變Si的晶格常數(shù)< SiGe的晶格常數(shù)，SiGe和應(yīng)變Si的晶格常數(shù)差不如和Si的大，這樣在外延SiGe層時(shí)，就不會(huì)因晶格常數(shù)差異過(guò)大而產(chǎn)生過(guò)多的缺陷、位錯(cuò)等，所以即使外延較高Ge組分的SiGe層，也不會(huì)出現(xiàn)因缺陷、位錯(cuò)過(guò)多而使應(yīng)變弛豫的現(xiàn)象，并且由于缺陷、 位錯(cuò)較少，SiGe層的質(zhì)量容易控制。這樣外延的SiGe層中Ge組分可以達(dá)到60% 90% ； 2、因?yàn)楸痉椒ㄋ枰膽?yīng)變Si只是作為淀積高Ge組分的SiGe層的基底，而不是作為器件材料，所以層中的應(yīng)變不需要很大，層中應(yīng)變小于0.3%即可，因此用常規(guī)很簡(jiǎn)單的辦法就可以制得滿足本發(fā)明要求的、質(zhì)量較好的應(yīng)變Si層；3、本方法所涉及的設(shè)備，工藝等，都是最常見最普通的半導(dǎo)體工藝，成本低，步驟簡(jiǎn)單，最重要的是得到的應(yīng)變SiGe中的Ge組分比常規(guī)方法提高40%左右，用于制作高遷移率的半導(dǎo)體器件效果明顯。


圖1是本發(fā)明涉及的本發(fā)明流程概圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例一涉及的用LT-Si法所得到的層結(jié)構(gòu)概圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例二涉及的在Si襯底上外延Sia8Gea2層的示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例二涉及的在Si襯底和3、866(1.2層間進(jìn)行離子注入的示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例二涉及的用離子注入法最后得到的總的層結(jié)構(gòu)概圖。實(shí)施例結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例一利用低溫硅(LT-Si)的方法制備應(yīng)變Si層結(jié)合附圖2通過(guò)LT-Si制備應(yīng)變Si，然后在應(yīng)變Si上制備高Ge組分應(yīng)變SiGe層的方法，具體方法包括以下步驟步驟一準(zhǔn)備Si襯底1，采用單晶硅作為襯底，并對(duì)其進(jìn)行清洗；步驟二在Si襯底1上，采用化學(xué)氣相淀積(CVD)，在400° C的溫度下，外延 IOOnm 的 LT-Si 層 102 ；步驟三在LT-Si層102上，采用化學(xué)氣相淀積(CVD)，以SiH4, GeH4為氣源，在 550°C下，外延IOOnmGe含量為20%的弛豫Sia8Gea2層3 ；步驟四在弛豫Sia8Gea2層3上，采用化學(xué)氣相淀積(CVD)，在550°C下，生長(zhǎng)一層 50nm的應(yīng)變Si層4 ；步驟五采用化學(xué)氣相淀積(CVD)，以SiH4, GeH4為氣源，在550°C下，在應(yīng)變Si層 4上外延一層Ge含量為65%的應(yīng)變Sia35Gq65層5。通過(guò)上述五個(gè)步驟可制作含Ge為65%的高Ge組分應(yīng)變SiGe層。實(shí)施例二 利用離子注入的方法制備應(yīng)變Si層結(jié)合附圖3，附圖4，附圖5通過(guò)實(shí)施例二對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，與實(shí)施例一的不同之處在于制備應(yīng)變Si層的方法不同，具體方法包括以下步驟步驟一準(zhǔn)備Si襯底1，采用單晶硅作為襯底，并對(duì)其進(jìn)行清洗；步驟二 用化學(xué)氣相淀積(CVD)，以SiH4, GeH4為氣源，在550°C下，外延IOOnmGe含量為 20%的 5、.86%.2層3 ；步驟三在Si襯底1和Sia8Gea2層3之間，離子注入硼B(yǎng)和氧0，形成具有黏性和流動(dòng)性的硼硅玻璃層202 ；步驟四進(jìn)行高溫快速熱退火，修復(fù)Sia8Gea2層3因離子注入造成的晶格損傷，并且使Sia8Gea2層3中應(yīng)變完全弛豫，采用的溫度為900°C 1100°C，退火時(shí)間約為IOs ；步驟五在弛豫Sia8Gea2層3上，采用化學(xué)氣相淀積(CVD)，在550°C下，生長(zhǎng)一層 50nm的應(yīng)變Si層4 ；步驟六采用化學(xué)氣相淀積(CVD)，以SiH4, GeH4為氣源，在550°C下，在應(yīng)變Si層 4上外延一層Ge含量為65%的應(yīng)變Sia35Gq65層5。以上所述為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，改進(jìn)的方法應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有高Ge組分的應(yīng)變SiGe層的制備方法，其特征在于，該方法由以下步驟完成步驟一準(zhǔn)備硅襯底，并清洗；步驟二 在硅襯底上制備一層應(yīng)變硅，該應(yīng)變硅的應(yīng)變應(yīng)小于0. 3% ； 步驟三在步驟二所制備的應(yīng)變硅上外延一層Ge組分較高的應(yīng)變SiGe層，Ge組分可高達(dá)60% 90%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高( 組分的應(yīng)變SiGe層的制備方法，其特征在于，在硅襯底上用低溫硅(LT-Si)的方法制備應(yīng)變硅層，以獲得具有高Ge組分的應(yīng)變SiGe層的制作方法如下①準(zhǔn)備Si襯底1，采用單晶硅作為襯底，并對(duì)其進(jìn)行清洗；②在Si襯底1上，采用化學(xué)氣相淀積(CVD)，在400°C的溫度下，外延IOOnm的LT-Si 層 102 ；③在LT-Si層102上，采用化學(xué)氣相淀積(CVD)，以SiH4,GeH4為氣源，在550°C下，外延 IOOnmGe 含量為 20% 的弛豫 Si0.8Ge0.2 層 3 ；④在弛豫Sia8Gea2層3上，采用化學(xué)氣相淀積(CVD)，在550°C下，生長(zhǎng)一層50nm的應(yīng)變Si層4 ；⑤采用化學(xué)氣相淀積(CVD)，以SiH4,GeH4為氣源，在550°C下，在應(yīng)變Si層4上外延一層Ge含量為65 %的應(yīng)變Si0.35Ge0.65層5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高Ge組分的應(yīng)變SiGe層的制備方法，其特征在于，在硅襯底上用離子注入的方法制備應(yīng)變硅層，以獲得具有高Ge組分的應(yīng)變SiGe層的制作方法如下①準(zhǔn)備Si襯底1，采用單晶硅作為襯底，并對(duì)其進(jìn)行清洗；②用化學(xué)氣相淀積(CVD)，以SiH4,GeH4為氣源，在550°C下，外延IOOnmGe含量為20%的 Sia8Ge0 2 層 3 ；③在Si襯底1和Sia8Gea2層3之間，離子注入硼B(yǎng)和氧0，形成具有黏性和流動(dòng)性的硼硅玻璃層202 ；④進(jìn)行高溫快速熱退火，修復(fù)Sia8Gea2層3因離子注入造成的晶格損傷，并且使 5、86%.2層3中應(yīng)變完全弛豫，采用的溫度為900°C 1100°C，退火時(shí)間約為IOs ；⑤在弛豫Sia8Gea2層3上，采用化學(xué)氣相淀積(CVD)，在550°C下，生長(zhǎng)一層50nm的應(yīng)變Si層4 ；⑥采用化學(xué)氣相淀積(CVD)，以SiH4,GeH4為氣源，在550°C下，在應(yīng)變Si層4上外延一層Ge含量為65 %的應(yīng)變Si0.35Ge0.65層5。
全文摘要
一種具有高鍺(Ge)組分的應(yīng)變鍺硅(SiGe)層的制備方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及應(yīng)變鍺硅(SiGe)層的制備。所述方法包括以下步驟準(zhǔn)備硅(Si)襯底；采用傳統(tǒng)生長(zhǎng)應(yīng)變Si層的方法在Si襯底上長(zhǎng)一層具有少量應(yīng)變并且質(zhì)量較好的應(yīng)變Si層，采用化學(xué)氣相淀積(CVD)或分子束外延(MBE)等外延技術(shù)在上述生長(zhǎng)好的應(yīng)變Si層上外延一層含有高Ge組分的應(yīng)變SiGe層。本發(fā)明通過(guò)在應(yīng)變Si層上外延SiGe層，利用應(yīng)變Si中的應(yīng)變緩解上層SiGe層中的應(yīng)變，使得SiGe層中缺陷更少，這樣Ge組分可以更高，所涉及的設(shè)備，工藝等，都是最常見最普通的半導(dǎo)體工藝，因此，本發(fā)明不但具有高鍺的應(yīng)變鍺硅層，而且具有制作簡(jiǎn)單，成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L21/205GK102403202SQ20111040831
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者曾慶平, 王向展, 王微, 秦桂霞 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)