GeOI结构以及制备方法技术

本发明专利技术公开了GeOI结构以及制备方法。该方法包括：(1)在基底的上表面依次形成锗过渡层和锗层，以便获得第一复合体；(2)对所述第一复合体进行离子注入处理，所述注入的离子中含氢离子；(3)将所述第一复合体与衬底进行键合处理，以便获得第二复合体，其中，所述衬底的上表面具有绝缘层，并且所述键合处理中所述绝缘层与所述锗层接触；以及(4)对所述第二复合体进行剥离处理，以便分别获得第三复合体和所述GeOI结构。该方法操作步骤简单，对仪器设备要求较低，并且可以避免利用Ge晶片进行制备时，由于Ge晶片尺寸过小而对GeOI结构造成的尺寸限制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体技术以及半导体制造领域，具体而言，本专利技术涉及GeOI结构以及制备方法。
技术介绍
随着半导体技术的发展，金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的特征尺寸不断缩小，其工作速度也不断提高。然而，基于“摩尔定律”(Moore’slaw)的硅集成电路已快速发展数十年，对于基于Si材料本身而言，目前的MOSFET器件已经接近于物理与技术的双重极限。因而，为了进一步提升MOSFET器件的性能，本领域技术人员提出了各种提升MOSFET器件性能的方法。基于异质材料结构尤其是Si基Ge材料等高载流子迁移率材料系统的高迁移率沟道工程是其中的一种卓有成效的技术。例如，将Ge与具有SiO2绝缘层的Si片直接键合形成GeOI(Ge-on-insulator)结构就是一种具有高空穴迁移率的Si基Ge材料，具有很好的应用前景。然而，目前的GeOI结构及其制备方法仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识而做出的：现有的GeOI制备技术是智能剥离(Smart-cut)技术，即先向纯Ge抛光片中注入氢离子，然后将纯Ge抛光片与具有SiO2等绝缘氧化物表层的Si片直接键合，再利用高温退火，在离子注入层实现剥离，形成GeOI结构。然而，目前的纯Ge抛光片的晶片直径不大，现有的可售Ge抛光片直径大约在4英寸，因此利用上述智能剥离技术难以获得更大直径(例如8-12英寸)的GeOI结构，而目前主流Si片直径为8-12英寸，因此制备的GeOI结构难以直接替代Si基半导体结构用于MOSFET器件。并且，上述智能剥离技术不易获得Ge层很薄(小于100nm)的GeOI结构，而先进的器件结构往往要求GeOI中的Ge薄膜厚度要低于100nm以下。本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备GeOI结构的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)在基底的上表面依次形成锗过渡层和锗层，以便获得第一复合体；(2)对所述第一复合体进行离子注入处理，所述注入的离子中含氢离子；(3)将所述第一复合体与衬底进行键合处理，以便获得第二复合体，其中，所述衬底的上表面具有绝缘层，并且所述键合处理中所述绝缘层与所述锗层接触；以及(4)对所述第二复合体进行剥离处理，以便分别获得第三复合体和所述GeOI结构。该方法操作步骤简单，对仪器设备要求较低，并且可以避免利用Ge晶片进行制备时，由于Ge晶片尺寸过小而对GeOI结构造成的尺寸限制。根据本专利技术的实施例，所述锗过渡层以及所述锗层分别独立地是通过外延生长形成的。由此，可以进一步提高形成的锗过渡层以及锗层的质量。根据本专利技术的实施例，所述锗过渡层是通过低温外延生长形成的。由此，可以进一步提高形成的锗过渡层的质量。根据本专利技术的实施例，在步骤(1)中，形成所述锗层之前，预先在所述锗过渡层的上表面形成应变层。由此，可以利用应变层提高对注入的氢离子的吸附以及聚集能力，从而有利于降低剥离处理所需要的氢离子的注入剂量。根据本专利技术的实施例，所述应变层包括硅锗应变层、锗锡应变层和硅锗锡应变层中的一种或多种。根据本专利技术的实施例，所述应变层的厚度为2-50nm。根据本专利技术的实施例，在步骤(4)中，所述剥离处理是在所述应变层中进行的。根据本专利技术的实施例，所述衬底与所述基底分别独立地是由硅形成的。根据本专利技术的实施例，在步骤(1)中进一步包括：在所述锗层上表面形成第一钝化层。根据本专利技术的实施例，所述第一钝化层由锗硅材料组成。由此，可以进一步改善锗层与绝缘层(氧化物)之间的界面状态。根据本专利技术的实施例，进一步包括：在所述GeOI结构上表面形成第二钝化层。由此，可以进一步提高GeOI结构的性能。根据本专利技术的实施例，所述离子注入处理的注入剂量为：0.5×1016/cm2～5×1016/cm2。本专利技术所提出的方法可以在上述注入剂量下实现剥离处理，较现有的常规智能剥离技术有较大的降低，从而有利于降低生产成本。根据本专利技术的实施例，所述离子注入处理时，所述第一复合体的温度为400-800摄氏度。由此，可以进一步增加氢离子在锗层或是应变层中的聚集程度，有利于进一步降低离子注入的剂量，降低成本。根据本专利技术的实施例，所述锗过渡层的厚度不小于1微米。由此，有利于进一步提高GeOI结构的性能。根据本专利技术的实施例，在所述GeOI结构中，所述锗层的厚度小于100nm。由此，有利于控制GeOI结构中Ge层的厚度。根据本专利技术的实施例，在步骤(1)之后，步骤(2)之前，预先对所述第一复合体的上表面进行抛光处理和/或退火处理。由此，有利于获得平坦的上表面，从而可以改善后续键合处理的键合质量。根据本专利技术的实施例，所述退火处理是在含氢气气氛中以及800～900摄氏度的条件下进行的。由此，可以提高退火处理的效果。根据本专利技术的实施例，所述剥离处理包括温度为500-700摄氏度的高温退火，或温度低于300摄氏度的微波退火。根据本专利技术的实施例，该方法进一步包括：，在步骤(4)之后，对获得的所述GeOI结构表面进行抛光处理和/或退火处理。由此，可以进一步提高获得的GeOI结构的表面平整度。根据本专利技术的实施例，该方法进一步包括：将所述第三复合体回收利用，返回至步骤(2)中进行离子注入处理。由此，可以对第三复合体进行反复利用，一方面可以节省生产成本，另一方面可以提高生产效率，缩短生产时间。根据本专利技术的实施例，在将所述第三复合体返回至步骤(2)之前，预先对所述第三复合体进行下列处理：对所述第三复合体的上表面进行抛光处理和/或退火处理；和在所述第三复合体的上表面形成所述锗层。由此，可以进一步提高对第三复合体进行重复利用的效果。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种GeOI结构。根据本专利技术的实施例，所述GeOI结构是由前面所述的方法形成的。由此，该GeOI结构具有前面描述的方法获得的GeOI结构所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。根据本专利技术的实施例，所述GeOI结构中所述锗层的直径不小于6英寸。由于该GeOI结构是利用前面所述的方法形成的，因此，该GeOI结构中，锗层的尺寸可以不受Ge晶片尺寸的限制。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的制备GeOI结构的方法的流程示意图；图2是根据本专利技术另一个实施例的制备GeOI结构的方法的流程示意图；图3是根据本专利技术又一个实施例的制备GeOI结构的方法的流程示意图；图4是根据本专利技术又一个实施例的制备GeOI结构的方法的流程示意图；图5是根据本专利技术又一个实施例的制备GeOI结构的方法的流程示意图；图6是根据本专利技术一个实施例的GeOI结构的结构示意图；以及图7是根据本专利技术另一个实施例的GeOI结构的结构示意图。附图说明：1000：第一复合体；2000：第二复合体；3000：第三复合体；4000：GeOI结构；100：基底；200：锗过渡层；300：锗层；400：衬底；500：绝缘层；600：GeOI结构中的锗层；700：第三复合体中剩余锗层；10：应变层；20：第一钝化层；30：第二钝化层；1A：GeOI结构中残留应变层；1B：第三复合体中剩余应变层。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备GeOI结构的方法，其特征在于，包括：(1)在基底的上表面依次形成锗过渡层和锗层，以便获得第一复合体；(2)对所述第一复合体进行离子注入处理，所述注入的离子中含氢离子；(3)将所述第一复合体与衬底进行键合处理，以便获得第二复合体，其中，所述衬底的上表面具有绝缘层，并且所述键合处理中所述绝缘层与所述锗层接触；以及(4)对所述第二复合体进行剥离处理，以便分别获得第三复合体和所述GeOI结构。

【技术特征摘要】
1.一种制备GeOI结构的方法，其特征在于，包括：(1)在基底的上表面依次形成锗过渡层和锗层，以便获得第一复合体；(2)对所述第一复合体进行离子注入处理，所述注入的离子中含氢离子；(3)将所述第一复合体与衬底进行键合处理，以便获得第二复合体，其中，所述衬底的上表面具有绝缘层，并且所述键合处理中所述绝缘层与所述锗层接触；以及(4)对所述第二复合体进行剥离处理，以便分别获得第三复合体和所述GeOI结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锗过渡层以及所述锗层分别独立地是通过外延生长形成的。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述锗过渡层是通过低温外延生长形成的。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，形成所述锗层之前，预先在所述锗过渡层的上表面形成应变层；任选地，所述应变层包括硅锗应变层、锗锡应变层和硅锗锡应变层中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述应变层的厚度为2-50nm。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述剥离处理是在所述应变层中进行的。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底与所述基底分别独立地是由硅形成的。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中进一步包括：在所述锗层上表面形成第一钝化层；任选地，所述第一钝化层由锗硅材料组成。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：在所述GeOI结构上表面形成第二钝化层。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子注入处理的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敬，孙川川，梁仁荣，许军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11