通过氧化掩埋多孔硅层形成绝缘体上硅锗结构制造技术

本发明专利技术提供了一种通过氧化形成于含锗层下面的多孔硅层（或区）形成绝缘体上ＳｉＧｅ的简单而且直接的方法。该方法包括以下步骤：提供一种包括含Ｓｉ衬底以及该含Ｓｉ衬底顶上的含Ｇｅ层的结构，其中该含Ｓｉ衬底中形成有空穴富集区；将空穴富集区转化为多孔区；将包括所述多孔区的结构退火以提供基本弛豫的绝缘体上ＳｉＧｅ材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制造半导体结构的方法，具体而言，涉及一种在制造工艺中未采用晶圆键合和/或氧注入而制造绝缘体上SiGe(SGOI)结构的方法。
技术介绍
在半导体工业中，近来利用应变硅异质结构获得CMOS应用中高载流子迁移率结构一直很活跃。传统上，为了增强NFET和PFET装置的性能，现有技术方法是在弛豫的厚(1至约5微米级)SiGe缓冲层上生长应变Si层。尽管据报道现有技术异质结构具有高信道电子迁移率，使用厚SiGe缓冲层具有一些明显的缺点。首先，用现有的Si基CMOS技术通常不易集成厚SiGe缓冲层。第二，包括线位错(TD)和失配位错的缺陷密度，约为106至约108缺陷/cm2，对于实际的VLSI(超大规模集成电路)应用而言仍然太高。第三，现有技术结构的性质决定了不能进行SiGe缓冲层的选择性生长，因此，电路难以采用具有应变Si、非应变Si和SiGe材料的装置，在某些情况下，几乎不能集成。为了在Si衬底上产生弛豫的SiGe材料，现有技术方法通常，通过SiGe缓冲层，生长均匀渐变或跳变的SiGe层至超出亚稳态临界厚度(即超过它就会形成位错以释放应力的厚度)，使得形成失配位错和相关联的线位错。已经使用了各种缓冲材料试图增加该结构中失配位错部分的长度，由此降低TD密度。当典型的现有技术亚稳态应变SiGe层在足够高的温度下退火时，失配位错将会形成并生长，由此释放膜上的总应力。换言之，通过晶体点阵开始塑性变形，释放膜的初始弹性应力。对于生长在绝缘体上硅(SOI)衬底上的现有技术亚稳态应变SiGe的情况，实验表明，在多数退火/氧化条件下，在温度高于～700℃的退火历史的早期就开始形成失配位错。然后许多这些缺陷在对结构的高温退火过程中或者被耗尽了，或者湮灭了，但是，初始失配阵列的表面形貌在氧化过程中持续存在。而且，由热扩散制造的SGOI衬底材料不会完全弛豫SiGe合金层。而是，最终的SiGe晶格仅扩展至平衡值的某部分。除了在SOI衬底顶上生长厚SiGe缓冲层，然后通过退火/氧化使SiGe层弛豫外，还已知可以通过晶圆键合和/或氧注入来形成绝缘体上SiGe衬底。尽管这些现有技术工艺能够形成弛豫的绝缘体上SiGe衬底，但是它们需要额外的工艺步骤，尤其是晶圆键合的情形，和/或使得制造绝缘体上SiGe衬底增加了额外的成本。考虑到现有技术中的上述缺点，需要提供一种简单且仍低成本的方法，用于形成高质量的基本弛豫的绝缘体上SiGe衬底，它可以作为晶格错配模板在其上形成应变Si层。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种制造高质量的基本弛豫绝缘体上SiGe衬底材料的方法。本专利技术的另一个目的是提供一种制造高质量的基本弛豫绝缘体上SiGe衬底材料的方法，其中基本弛豫SiGe层较薄(即厚度为约2000级或更低)。本专利技术再一个目的是提供一种薄的高质量基本弛豫绝缘体上SiGe衬底材料的制造方法，该材料对于缺陷的产生如失配位错和线位错是热力学稳定的。本专利技术再一个目的是提供一种薄的高质量基本弛豫绝缘体上SiGe衬底材料的制造方法，该材料与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺步骤是兼容的。本专利技术再一个目的是提供一种薄的高质量基本弛豫绝缘体上SiGe衬底材料的制造方法，该材料可用作用于形成应变Si层的晶格错配模板，即衬底。本专利技术再一个目的是提供一种应变Si/基本弛豫绝缘体上SiGe结构，该结构具有高载流子迁移率并适用于高性能CMOS的应用。通过利用一种基于氧化形成于含锗层下面的多孔硅层(或区)的简单而直接的方法，实现了本专利技术的这些和其它目的和优点。本专利技术的方法提供了一种现有技术工艺的低成本替代方式，现有技术工艺利用晶圆键合/氧注入来制造绝缘体上SiGe(SGOI)衬底材料。而且，本专利技术形成绝缘体上SiGe衬底材料的方法本身能够同时在SiGe合金层下形成掩埋氧化物层，而不依靠晶圆键合/氧离子注入技术。总体而言，本专利技术的方法具体包括以下步骤提供一种包括含Si衬底以及该含Si衬底顶上的含Ge层的结构，其中该含Si衬底中形成有空穴富集区；将该空穴富集区转化为多孔区；以及将包括该多孔区的结构退火以提供基本弛豫的绝缘体上SiGe材料。在本专利技术中利用阳极化处理步骤形成多孔区，其中阳极化处理槽中有含HF的溶液。阳极化处理在空穴富集的区域比在结构的其它区域更快地产生孔隙，空穴富集的区域即含高浓度p型掺杂剂的区域。本专利技术的退火步骤是在氧化条件下进行的，因此多孔Si区被转化为掩埋氧化物区，同时在掩埋氧化物顶上形成基本弛豫的SiGe合金层。在退火步骤中还形成了表面氧化物，使得可以有效地混合，并形成基本弛豫的绝缘体上SiGe材料。附图说明图1A-1F图解说明本专利技术基本工艺步骤(横截面图)。图2A-2C图解说明本专利技术的另一个实施方案(横截面图)。图3A-3B图解说明本专利技术的另一个实施方案(横截面图)。图4是使用本专利技术方法形成的绝缘体上SiGe材料的横截面SEM图像。图5是使用本专利技术方法形成的双层绝缘体上SiGe材料的横截面SEM图像。图6是本专利技术SGOI衬底的横截面SEM图像。具体实施例方式接下来将参照本申请的附图，详细描述本专利技术。本专利技术提供了一种未采用晶圆键合和/或氧注入而形成基本弛豫的绝缘体上SiGe材料的低成本方法。附图中，相同的标号表示相同和/或对应的部件。首先参照图1A-1F，它图解说明了本专利技术的一个实施方案，其中在完全延伸横越晶圆片表面的连续掩埋氧化物顶上形成基本弛豫的SiGe合金层。图1A显示本专利技术初始阶段的结构。具体而言，图1A中的结构包括含Si衬底10，其中在含Si衬底10中形成有空穴富集区12。本专利技术中使用的术语“含Si衬底”指至少包含硅的半导体材料。该含Si材料的例子包括但不限于Si、SiGe、SiC、SiGeC、Si/Si、Si/SiC、Si/SiGeC、以及预制绝缘体上硅(SOIs)或者绝缘体上SiGe，其中可以包括任意数目的掩埋绝缘(即连续、非连续或连续和非连续的组合)区。本专利技术中使用的含Si衬底可以是未经掺杂的，或者是电子富集或空穴富集的含Si衬底。空穴富集区12是比周围的含Si材料更重掺杂的区域。通常，空穴富集区中p型掺杂剂的浓度为约1E19原子/cm3或更高，更优选p型掺杂剂浓度为约1E20至约5E20原子/cm3。在本专利技术的一个实施方案中，空穴富集区12可以通过以下方法形成首先在初始含Si衬底的表面上生长p富集外延层，然后在先前长出的层顶上生长比p富集外延层较少掺杂的单晶含硅层。利用已知的外延生长法来生长p富集外延层，其中在Si源气体中混入掺杂剂。本专利技术此处可以使用的各种外延生长法的例子，包括，例如，低压化学汽相淀积(LPCVD)、快速热化学汽相淀积(RTCVD)、低能等离子淀积(LEPD)、超高真空化学汽相淀积(UHVCVD)、常压化学汽相淀积(APCVD)、分子束外延法(MBE)和等离子增强化学汽相淀积(PECVD)。p富集外延层和单晶含硅层的厚度可以根据SGOI或SOI层中最终掩埋氧化物的厚度要求而变化。通常，p富集外延层的厚度为约5至约500nm，更优选约100至约200nm的厚度。单晶合硅层的厚度为约50至约1000nm，更优选约100至约500nm的厚度。可以在两个不同的步骤中生长p富集外延层和单晶含硅层，或者可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造绝缘体上ＳｉＧｅ衬底材料的方法，其包括：提供一种包括含Ｓｉ衬底以及该含Ｓｉ衬底顶上之含Ｇｅ层的结构，其中在所述含Ｓｉ衬底中形成有空穴富集区；将所述空穴富集区转化为多孔区；以及将包括所述多孔区的结构退火以形成基 本弛豫的绝缘体上ＳｉＧｅ材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-9-12 10/662,0281.一种制造绝缘体上SiGe衬底材料的方法，其包括提供一种包括含Si衬底以及该含Si衬底顶上之含Ge层的结构，其中在所述含Si衬底中形成有空穴富集区；将所述空穴富集区转化为多孔区；以及将包括所述多孔区的结构退火以形成基本弛豫的绝缘体上SiGe材料。2.权利要求1的方法，其中所述提供步骤包括，在初始含Si衬底上生长p富集外延层，在该p富集外延层顶上形成单晶硅层，并在该单晶硅层上形成所述含锗层。3.权利要求1的方法，其中所述提供步骤包括，向初始单晶含硅衬底中离子注入p型掺杂剂，然后在该衬底上形成含锗层。4.权利要求3的方法，其中所述p型掺杂剂是Ga、Al、B or BF2。5.权利要求3的方法，其中所述p型掺杂剂是B，所述B以约100keV至约500keV的能量和约5E15原子/cm2至约5E16原子/cm2的剂量注入。6.权利要求3的方法，其中所述p型掺杂剂是BF2，所述BF2以约500keV至约2500keV的能量和约5E15原子/cm2至约5E16原子/cm2的剂量注入。7.权利要求1的方法，其中所述提供步骤包括，在初始单晶含硅衬底上形成所述含锗层，然后向所述衬底中注入p型掺杂剂形成所述空穴富集区。8.权利要求1的方法，其中所述空穴富集区中p型掺杂剂浓度为约1E19原子/cm3或更高。9.权利要求8的方法，其中所述空穴富集区中p型掺杂剂浓度为约1E20原子/cm3至约5E20原子/cm3。10.权利要求3的方法，其还包括退火步骤。11.权利要求10的方法，其中退火步骤选自炉内退火、快速热退火和尖峰退火。12.权利要求11的方法，其中所述退火步骤是炉内退火步骤，所述炉内退火步骤是如此实施的在惰性气氛、氧化环境或其混合物存在下，在约600℃或更高的温度下保持约15分钟或更长时间。13.权利要求11的方法，其中所述退火步骤是快速热退火(RTA)步骤，所述RTA步骤是如此实施的在惰性气氛、氧化环境或其混合物存在下，在约800℃或更高的温度下保持约5分钟或更短时间。14.权利要求11的方法，其中所述退火步骤是尖峰退火步骤，所述尖峰退火步骤是如此实施的在惰性气氛、氧化环境或其混合物存在下，在约900℃或更高的温度下保持约1秒或更短时间。15.权利要求7的方法，其还包括退火步骤。16.权利要求15的方法，其中所述退火步骤选自炉内退火、快速热退火和尖峰退火。17....

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬W比德尔，崔广洙，基思F福格尔，德文德拉K萨达纳，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]