制备锗硅半导体材料层的方法、锗硅半导体材料层技术

一种制备锗硅半导体材料层的方法、锗硅半导体材料层，所述方法包括：提供半导体衬底；形成多层超晶格层，所述多层超晶格层覆盖所述半导体衬底；其中，每层超晶格层包含单层超晶格Si

【技术实现步骤摘要】
制备锗硅半导体材料层的方法、锗硅半导体材料层
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种制备锗硅半导体材料层的方法、锗硅半导体材料层。
技术介绍
半导体晶片通常从单晶锭(例如，硅锭)制备而成，经过修整和研磨以后，可以将单晶锭切成多个单独的晶片。虽然在此将参考由硅构造的半导体晶片，但是也可以使用其它材料来制备半导体晶片，例如锗、碳化硅、硅锗、砷化镓、以及诸如氮化镓或磷化铟的III族和V族元素的其它合金，或诸如硫化镉或氧化锌的II族和IV族元素的合金。在现有技术中，半导体晶片(例如硅晶片)还可用于制备复合层结构，例如还可以为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底，或者是生长有外延层(Epitaxylayer，Epilayer)的衬底。其中，绝缘体上硅(SiliconOnInsulator，SOI)结构通常可以包括处理(handle)晶片或层、器件层、以及位于处理层与器件层之间的绝缘层(例如为氧化物层)，有助于实现集成电路中元器件的介质隔离，消除互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)电路中的寄生闩锁效应，以及具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小等特点。目前正在从传统的单晶硅材料拓展到新一代硅基材料，例如锗硅(SiGe)材料即由于其高迁移率等特性而受到广泛关注。进一步地，所述锗硅材料还可以作为半导体材料应用至半导体器件的其他地方。在现有的一种制备锗硅半导体材料层的方法中，可以采用锗浓度梯度递增生长方法，在硅衬底的表面制备锗硅层，然而由于晶片的厚度较厚(数微米)导致生产成本过高，并且由于锗硅之间具有较差的热导性，容易影响器件性能。在现有的另一种制备锗硅半导体材料层的方法中，可以通过离子注入技术制备SiGe层。具体而言，可以直接在Si衬底上生长SiGe层，然后对SiGe层进行离子注入及退火工艺，使所述SiGe层产生应变弛豫。但是，由于离子注入的深度对SiGe的位错密度具有较大的影响，需要严格控制在合理的注入深度范围内，以降低位错密度，因此显著增大了研发难度和工艺复杂度，且不利于控制生产成本。在现有的又一种制备锗硅半导体材料层的方法中，可以先低温生长一层锗的缓冲层，主要是为了释放应力，再高温生长锗外延层，此方法可以将外延膜中的位错密度从1E9/cm2降到5E7/cm2，然而对于一些精密器件，仍然无法满足其需求。本专利技术的专利技术人经过研究发现，在现有的硅锗材料层中，硅和锗的晶格失配达到4.18％，硅基锗外延的难点在于如何克服晶格失配带来的大量失配位错。亟需一种制备锗硅半导体材料层的方法，可以降低位错密度减少器件的漏电通道，降低器件的暗电流。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种制备锗硅半导体材料层的方法、锗硅半导体材料层，可以降低了锗硅半导体材料层中的位错密度。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种制备锗硅半导体材料层的方法，包括：提供半导体衬底；形成多层超晶格层，所述多层超晶格层堆叠于所述半导体衬底；其中，每层超晶格层包含单层超晶格SixGe1-x材料层以及单层超晶格Ge材料层，其中，所述多层超晶格中的超晶格SixGe1-x材料层以及超晶格Ge材料层交替形成；0＜x≤0.2。可选的，采用RPCVD工艺，形成所述超晶格SixGe1-x材料层以及所述超晶格Ge材料层。可选的，采用所述RPCVD工艺的以下一项或多项工艺参数，形成所述超晶格SixGe1-x材料层，以及形成所述超晶格Ge材料层：压力为15～35Torr；温度为650～700℃；厚度为3～10nm。可选的，每层超晶格SixGe1-x材料层的厚度为3～10nm；和/或，每层超晶格Ge材料层的厚度为3～10nm。可选的，所述RPCVD工艺中的压力为15～35Torr。可选的，所述超晶格层的层数为10～20。可选的，在每层超晶格层中，所述单层超晶格Ge材料层位于单层超晶格SixGe1-x材料层的表面。可选的，在形成多层超晶格层之前，所述的制备锗硅半导体材料层的方法还包括：在所述半导体衬底的表面形成Ge缓冲层；其中，所述多层超晶格层形成于所述Ge缓冲层的表面。可选的，采用RPCVD工艺形成所述Ge缓冲层。可选的，在所述形成多层超晶格层之后，所述的制备锗硅半导体材料层的方法还包括：在所述多层超晶格层的表面，形成Ge外延层。可选的，采用RPCVD工艺形成所述Ge外延层。可选的，所述的制备锗硅半导体材料层的方法还包括：采用退火工艺，对所述半导体衬底进行退火。可选的，所述退火工艺的工艺参数选自以下一项或多项：退火温度为850摄氏度至900摄氏度；退火时长为120s至600s。可选的，所述半导体衬底为硅衬底；在形成多层超晶格层之前，所述的制备锗硅半导体材料层的方法还包括：将所述硅衬底传送至用于形成所述多层超晶格层的腔室后，采用以下一项或多项工艺参数，对所述硅衬底进行烘烤处理：烘烤温度为850摄氏度至950摄氏度；烘烤时长为120s至300s。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种锗硅半导体材料层，包括：半导体衬底；多层超晶格层，所述多层超晶格层堆叠于所述半导体衬底；其中，每层超晶格层包含单层超晶格SixGe1-x材料层以及单层超晶格Ge材料层，其中，所述多层超晶格中的超晶格SixGe1-x材料层以及超晶格Ge材料层交替形成；0＜x≤0.2。可选的，所述超晶格SixGe1-x材料层以及所述超晶格Ge材料层是采用RPCVD工艺形成的。可选的，每层超晶格SixGe1-x材料层的厚度为3～10nm；和/或，每层超晶格Ge材料层的厚度为3～10nm。可选的，所述超晶格层的层数为10～20。可选的，在每层超晶格层中，所述单层超晶格Ge材料层位于单层超晶格SixGe1-x材料层的表面。可选的，所述的锗硅半导体材料层还包括：Ge缓冲层，位于所述半导体衬底的表面；其中，所述多层超晶格层位于所述Ge缓冲层的表面。可选的，所述Ge缓冲层是采用RPCVD工艺形成的。可选的，所述Ge缓冲层的厚度为80～120nm。可选的，所述的锗硅半导体材料层还包括：Ge外延层，位于所述多层超晶格层的表面。可选的，所述Ge外延层是采用RPCVD工艺形成的。可选的，所述Ge外延层的厚度为680～860nm。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：在本专利技术实施例中，通过形成多层超晶格层，每层超晶格层至少包含单层超晶格SixGe1-x材料层以及单层超晶格Ge材料层，其中，所述多层超晶格中的超晶格SixGe1-x材料层以及超晶格Ge材料层交替形成，可以利用所述超晶格层阻挡底层位错向外穿透，例如当所述锗硅半导体材料层还包括Ge缓冲层以及Ge外延层时，可以阻挡Ge缓冲层的位错向Ge外延层穿透，从而降低了锗硅半导体材料层中的位错密度。进一步，采用RPCVD工艺，形成所述超晶格SixGe1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备锗硅半导体材料层的方法，其特征在于，包括：/n提供半导体衬底；/n形成多层超晶格层，所述多层超晶格层堆叠于所述半导体衬底；/n其中，每层超晶格层包含单层超晶格Si

【技术特征摘要】
1.一种制备锗硅半导体材料层的方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底；
形成多层超晶格层，所述多层超晶格层堆叠于所述半导体衬底；
其中，每层超晶格层包含单层超晶格SixGe1-x材料层以及单层超晶格Ge材料层，其中，所述多层超晶格中的超晶格SixGe1-x材料层以及超晶格Ge材料层交替形成；
0＜x≤0.2。


2.根据权利要求1所述的制备锗硅半导体材料层的方法，其特征在于，采用RPCVD工艺，形成所述超晶格SixGe1-x材料层以及所述超晶格Ge材料层。


3.根据权利要求2所述的制备锗硅半导体材料层的方法，其特征在于，每层超晶格SixGe1-x材料层的厚度为3～10nm；
和/或，每层超晶格Ge材料层的厚度为3～10nm。


4.根据权利要求2所述的制备锗硅半导体材料层的方法，其特征在于，所述RPCVD工艺中的压力为15～35Torr。


5.根据权利要求1所述的制备锗硅半导体材料层的方法，其特征在于，所述超晶格层的层数为10～20。


6.根据权利要求1所述的制备锗硅半导体材料层的方法，其特征在于，在每层超晶格层中，所述单层超晶格Ge材料层位于单层超晶格SixGe1-x材料层的表面。


7.根据权利要求1所述的制备锗硅半导体材料层的方法，其特征在于，在形成多层超晶格层之前，还包括：
在所述半导体衬底的表面形成Ge缓冲层；
其中，所述多层超晶格层形成于所述Ge缓冲层的表面。


8.根据权利要求7所述的制备锗硅半导体材料层的方法，其特征在于，采用RPCVD工艺形成所述Ge缓冲层。


9.根据权利要求1所述的制备锗硅半导体材料层的方法，其特征在于，在所述形成多层超晶格层之后，还包括：
在所述多层超晶格层的表面，形成Ge外延层。


10.根据权利要求9所述的制备锗硅半导体材料层的方法，其特征在于，采用RPCVD工艺形成所述Ge外延层。


11.根据权利要求1至10任一项所述的制备锗硅半导体材料层的方法，其特征在于，还包括：
采用退火工艺，对所述半导体衬底进行退火。


12.根据权利要求11所述的制备锗硅半导体材料层的方法，其特征在于，所述退火工艺的工艺参数选自以下一项或多项：
退火温度为850摄氏度至900摄氏度；
退火时长为120s至600s。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨孝东，张静，王学毅，杜明锋，李果，
申请(专利权)人：联合微电子中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50