具有绝缘埋层的混合晶向应变硅衬底制备方法技术

一种具有绝缘埋层的混合晶向应变硅衬底制备方法，包括如下步骤：提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括第一锗硅层与支撑衬底，所述第一锗硅层具有第一晶向，支撑衬底具有第二晶向；在第一锗硅层中形成生长窗口；在生长窗口侧壁的表面形成侧墙；在生长窗口中外延生长第二锗硅层；抛光第一与第二锗硅层；注入氧离子至半导体衬底中并退火；在第一与第二锗硅层表面生长具有第一应变硅层与第二应变硅层。本发明专利技术的优点在于，保证了所有的器件层的下方都有绝缘埋层，以实现器件层和衬底之间的介质隔离。并且能够保持应变硅的应变程度，避免其在后续工艺中由于环境的变化而发生晶格的弛豫，导致应变特性丧失。

Method for preparing mixed crystal strain silicon substrate with insulating buried layer

A kind of mixed crystal insulation buried layer to strain silicon substrate preparation method comprises the following steps: providing a semiconductor substrate, the semiconductor substrate includes a first silicon germanium layer and the support substrate, the first silicon germanium layer has a first direction, a supporting substrate having a second crystal orientation; formed in the first silicon germanium window growth the layer; forming a side wall surface of the side wall of the window in the growth of epitaxial growth; second silicon germanium layer in the growth window; polishing the first and the second silicon germanium layer; oxygen ions are injected into the semiconductor substrate and annealing; in the first and the second silicon germanium layer grown on the surface with a first layer of strained silicon and strained silicon layer second. The invention has the advantages that all insulating layers are buried below the device layer so as to realize dielectric separation between the device layer and the substrate. And the strain degree of strain silicon can be maintained so as to avoid the relaxation of lattice in the subsequent process due to the change of environment, resulting in the loss of strain characteristics.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种具有绝缘埋层的混合晶向应变硅衬底制备方法。
技术介绍
在目前的半导体技术中，CMOS电路主要是制作在具有(100)晶面的硅衬底上， 这是因为在(100)晶面上具有小的氧化物-界面电荷密度以及最高的电子迁移率。但 是，空穴的迁移率在(100)晶片上仅仅约为相应电子迁移率的1/4-1/2，这就使得在(100) 晶片上制备的pMOSFETs的驱动电流约为nMOSFETs的一半，虽然传统上使用更大的 pMOSFETs可以来平衡nMOSFETs，实际上这增大了栅和寄生电容。有报道称在(100)衬 底通过将沟道方向从〈10转移至〈00晶向可以改善pFET的性能，但是更多的工作主 要是集中在改变表面晶向的努力上，比如采用(110)或者(111)衬底可以带来更多的空穴 迁移率的提升。人们发现空穴迁移率在(110)晶片的<110>晶向上具有最大值，该值是 空穴在(100)晶片上的迁移率的两倍以上。也就是说，相同尺寸的制备在(110)晶片上的 pFET将比制备在(100)晶片上的pFET获得更大的驱动电流。但是，即使在不考虑沟道 方向的情况下，该晶面方向完全不适用于制造nFET。 综上，(110)晶面是最适合用于制备pFET，因其具有最大的空穴迁移率，但是 该晶向完全不适合于制备nFET。相反地，(100)晶向因其具有最大的电子迁移率而特别 适合于制备nFET。从以上观点来看，有必要在具有不同晶向的衬底之上制备一种集成器 件，以针对特定的器件提供最优的性能，此即为混合晶向技术。该技术基于衬底和沟道 晶向的优化来提升载流子的迁移率从而达到提升器件性能的目的，即通过在(110)区域制 备pFET在(100)区域制备nFET以实现器件性能的提升。 目前，混合晶向技术是制备在SOI衬底之上，该技术所制备的器件是SOI和体 硅器件的混合， 一部分有源区的下面有绝缘埋层，而另一些有源区的下面同衬底是联通 的，这就给器件模型设计、版图设计以及寄生参数提取等带来很大的困难，并且使得制 备工艺复杂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种具有绝缘埋层的混合晶向应变硅衬底 制备方法，能够保证所有的器件层的下方都有绝缘埋层，以实现器件层和衬底之间的介 质隔离，并能够保持应变硅的应变程度，避免其在后续工艺中由于环境的变化而发生晶 格的弛豫，导致应变特性丧失。 为了解决上述问题，本专利技术提供了一种具有绝缘埋层的混合晶向应变硅衬底制 备方法，包括如下步骤提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括第一锗硅层与支撑衬 底，所述第一锗硅层具有第一晶向，支撑衬底具有第二晶向；在第一锗硅层中形成生长 窗口，所述生长窗口贯穿至下方的支撑衬底；在生长窗口侧壁的表面形成侧墙；在生长窗口中外延生长第二锗硅层，所述第二锗硅层与支撑衬底具有相同的第二晶向；抛光第 一与第二锗硅层，使第一锗硅层与第二锗硅层的表面处于同一平面；注入氧离子至半导 体衬底中并退火，以形成连续的绝缘埋层；在第一锗硅层表面生长具有第一晶向的第一 应变硅层，并在第二锗硅层表面生长具有第二晶向的第二应变硅层。 作为可选的技术方案，所述半导体衬底中进一步包括隔离层，所述隔离层设置 于支撑衬底与第一锗硅层之间。所述隔离层和侧墙的材料为非晶体；所述隔离层和侧墙 的材料为绝缘材料。 作为可选的技术方案，所述隔离层和侧墙的厚度大于20nm，以确保实现降低晶 格失配应力和实现电学隔离的技术效果。 作为可选的技术方案，在所述半导体衬底包括隔离层的情况下，在第二锗硅层 的下方注入氧离子以形成绝缘埋层，氧离子的注入位置与隔离层的位置水平，以保证形 成的绝缘埋层能够和隔离层连成一体。 作为可选的技术方案，所述第一锗硅层的厚度大于100nm，以保证后续步骤中能够满足抛光以及生长应变硅等工艺步骤中对第一锗硅层厚度的要求。 作为可选的技术方案，所述第一晶向为(IOO)晶向，第二晶向为(110)晶向，或者第一晶向为(110)晶向而第二晶向为(100)晶向。 作为可选的技术方案，所述方法进一步包括如下步骤在第一应变硅层与第二 应变硅层的界面处形成沟槽；在沟槽中填充非晶材料，以形成浅沟槽隔离结构。 本专利技术的优点在于，采用先外延锗硅层再注入氧离子的工艺，保证了所有的器 件层的下方都有绝缘埋层，以实现器件层和衬底之间的介质隔离。并且应变硅层生长完 毕后无需再进行抛光、外延以及键合等工艺，能够保持应变硅的应变程度，避免其在后 续工艺中由于环境的变化而发生晶格的弛豫，导致应变特性丧失。附图说明 附图1所示是本专利技术所述具体实施方式的实施步骤示意图。 附图2与附图7至附图15所示是本专利技术所述具体实施方式的工艺示意图； 附图3所示是附图1中步骤S10中所述半导体衬底100的一种制备方法的实施步 骤示意图； 附图4至附图6所示附图3所示方法的工艺示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的的具体实施方式做详细说明。 附图l所示是本专利技术所述具体实施方式的实施步骤示意图，包括步骤SIO，提 供一半导体衬底，所述半导体衬底包括第一锗硅层与支撑衬底，所述第一锗硅层具有第 一晶向，支撑衬底具有第二晶向；步骤Sll，在第一锗硅层中形成生长窗口，所述生长 窗口贯穿至下方的支撑衬底；步骤S12，在生长窗口侧壁的表面形成侧墙；步骤S13，在 生长窗口中外延生长第二锗硅层，所述第二锗硅层与支撑衬底具有相同的第二晶向；步 骤S14，抛光第一与第二锗硅层，使第一锗硅层与第二锗硅层的表面处于同一平面；步骤S15，注入氧离子至半导体衬底中并退火，以形成连续的绝缘埋层；步骤S16，在第一 与第二锗硅层表面生长具有第一晶向的第一应变硅层与具有第二晶向的第二应变硅层； 步骤S17，在第一应变硅层与第二应变硅层的界面处形成沟槽；步骤S18，在沟槽中填充 非晶材料，以形成浅沟槽隔离结构。 附图2所示，参考步骤SIO，提供一半导体衬底100，所述半导体衬底100包括 第一锗硅层101与支撑衬底103，所述第一锗硅层101具有第一晶向，支撑衬底103具有 第二晶向。 所述第一锗硅层101的厚度大于100nm，以保证后续步骤中能够满足抛光以及生 长应变硅等工艺步骤中对第一锗硅层101厚度的要求。 本具体实施方式中，所述半导体衬底中还可以进一步包括隔离层102，所述隔离 层102设置于支撑衬底103与第一锗硅层101之间。所述隔离层102的材料优选为非晶 体。由于支撑衬底103与第一锗硅层101之间具有不同的晶向，因此置隔离层102的目的 在于降低两者晶格之间的相互作用力，避免由于晶格之间的失配应力作用而产生位错。 所述隔离层102采用非晶体，可以避免隔离层102进一步与支撑衬底103或者与第一锗硅 层101之间产生晶格失配应力，因此是一种优选方案。 所述隔离层102材料优选为绝缘材料，原因在于绝缘材料还能够提高表面用于 生长器件的各层与支撑衬底103之间的电学隔离效果。 基于上述原因，所述隔离层102的厚度优选大于20nm，以确保其实现降低晶格 失配应力和实现电学隔离的技术效果。 以上所述的半导体衬底100包括第一锗硅层101和支撑衬底103，由于第一锗硅 层101与支撑衬底103不是同一晶向，因此不能够采用在支撑衬底1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有绝缘埋层的混合晶向应变硅衬底制备方法，其特征在于，包括如下步骤：　　提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括第一锗硅层与支撑衬底，所述第一锗硅层具有第一晶向，支撑衬底具有第二晶向；　　在第一锗硅层中形成生长窗口，所述生长窗口贯穿至下方的支撑衬底；　　在生长窗口侧壁的表面形成侧墙；　　在生长窗口中外延生长第二锗硅层，所述第二锗硅层与支撑衬底具有相同的第二晶向；　　抛光第一与第二锗硅层，使第一锗硅层与第二锗硅层的表面处于同一平面；　　注入氧离子至半导体衬底中并退火，以形成连续的绝缘埋层；　　在第一锗硅层表面生长具有第一晶向的第一应变硅层，并在第二锗硅层表面生长具有第二晶向的第二应变硅层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏星，王湘，李显元，张苗，王曦，林成鲁，
申请(专利权)人：上海新傲科技股份有限公司，中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[]