张应变锗薄膜制造技术

本实用新型专利技术公开了一种张应变锗薄膜，包括含Ge薄膜（1）、及覆盖于所述含Ge薄膜（1）上、用于在压应变弛豫的过程中将应变转移给所述含Ge薄膜（1）、使所述含Ge薄膜（1）受到张应变的应变薄膜（2），其中，所述应变薄膜（2）的厚度大于所述含Ge薄膜（1）的厚度。其有益效果：将应变薄膜中的压应变转移到含Ge薄膜中，使应变薄膜中的压应变得到弛豫，而含Ge薄膜受到张应变；且含Ge薄膜和应变薄膜都与Si兼容；制得的张应变锗薄膜的张应变介于0.7-1.5%之间，且与Si兼容；另外，含Ge薄膜中张应变的大小可以精确控制。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

Zhang Yingbian germanium thin film

The utility model discloses a strain containing germanium film, Ge film (1), and covers the film containing Ge (1), for transfer to the Ge containing film in the process of compressive strain strain relaxation (1), the film containing Ge (1) strain thin film under tensile strain (2), among them, the strain film (2) is greater than the thickness of the Ge film thickness (1). The beneficial effects of the strain in the films transferred to compressive strain containing Ge thin films, the strain in the film pressure should become relaxation, and containing Ge films by Zhang Yingbian; and the Ge containing film and film are compatible with Si strain; strain SiGe thin films prepared by Zhang Yingbian is between 0.7-1.5%, and compatible with Si; in addition, containing Ge film strain size can be precisely controlled.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体
，更具体地说，涉及一种张应变锗薄膜。
技术介绍
张应变能够改变半导体材料的能带结构，降低禁带宽度并提高载流子迁移率，从而提高器件的总体性能。张应变锗薄膜在金属-氧化物-半导体场效应晶体管、光电探测器、发光管以及激光器中将得到广泛的应用。然而，张应变锗薄膜的制备方法仍在探索中。张应变锗(Ge)薄膜的制备方法通常有如下几种:一是在硅(Si)衬底上直接生长Ge薄膜。Si和Ge热膨胀系数的不同在Ge薄膜中产生张应变。由于热膨胀系数失配有限，且材料承受的最高温度必须低于其熔点，Ge薄膜中的最大张应变仅能达到0.3%。二是在锗锡(GeSn)缓冲层上生长Ge薄膜。GeSn缓冲层的晶格常数比Ge的大，共格生长在GeSn缓冲层上的Ge薄膜中的张应变随着GeSn缓冲层中锡(Sn)组份的增加而增加。然而，Ge和Sn的相互平衡固溶度都小于1%，并且Sn的表面自由能比Ge的小，Sn容易分凝到表面。制备高Sn组份、高质量GeSn缓冲层很困难。在GeSn缓冲层上生长Ge薄膜获得的张应变不足1.0%。三是在砷化镓(GaAs)衬底上利用铟镓砷(InGaAs)缓冲层来生长Ge薄膜。InGaAs缓冲层的晶格常数比Ge的大，且随着铟(In)组份的增加而增大，完全应变Ge薄膜中的张应变达到2.33%，然而，该方法使用了II1- V族材料，不能与成熟的Si工艺兼容。四是采用机械应变方法，通过外加机械应变弯曲锗晶圆，在锗中引入张应变。该方法的局限性是无法应用于Si材料的集成芯片，并且直接对锗晶圆作用，Ge晶圆的厚度大，获得的张应变较小。同时，上述锗薄膜还存在张应变大小不能精确控制的缺陷。综上，现有技术的锗薄膜存在获得的张应变不够大、张应变大小不能精确控制、材质与硅不兼容的缺陷。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述锗薄膜存在获得的张应变不够大、张应变大小不能精确控制、材质与硅不兼容缺陷，提供一种张应变锗薄膜。本技术的张应变锗薄膜克服了上述缺陷，将应变薄膜中的压应变转移到含Ge薄膜中，使应变薄膜中的压应变得到弛豫，而含Ge薄膜受到张应变；且含Ge薄膜和应变薄膜都与Si兼容；制得的张应变锗薄膜的张应变介于0.7-1.5%之间，且与Si兼容。另外，由于含Ge薄膜下面部分区域的衬底已被去除，衬底对含Ge薄膜应变的影响被限制。这样，含Ge薄膜中的张应变主要与其厚度以及应变薄膜的厚度和压应变大小有关:当应变薄膜的厚度和压应变一定时，含Ge薄膜中的张应变随其厚度的减小而增加；当含Ge薄膜的厚度一定时，含Ge薄膜中的张应变随应变薄膜的厚度和压应变的增加而增加；这样使得含Ge薄膜中张应变的大小可以精确控制。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种张应变锗薄膜，包括含Ge薄膜1、及覆盖于所述含Ge薄膜I上、用于在压应变弛豫的过程中将应变转移给所述含Ge薄膜1、使所述含Ge薄膜I受到张应变的应变薄膜2，其中，所述应变薄膜2的厚度大于所述含Ge薄膜I的厚度。在本技术所述的张应变锗薄膜中，所述张应变锗薄膜还包括衬底3，所述含Ge薄膜I覆盖于所述衬底3上，所述应变薄膜2覆盖于所述含Ge薄膜I上。在本技术所述的张应变锗薄膜中，所述衬底3包括硅衬底或者绝缘体上的硅衬底。在本技术所述的张应变锗薄膜中，所述衬底3上腐蚀形成有孔4。在本技术所述的张应变锗薄膜中，所述孔4为其深度等于所述衬底3厚度的通孔，所述应变薄膜2设于所述孔4内、且覆盖在所述含Ge薄膜I上。在本技术所述的张应变锗薄膜中，所述衬底3包括Si基底31、覆盖在所述Si基底31上的埋层Si0232、以及覆盖在所述埋层Si0232上的顶层Si33，所述孔4在所述Si基底31上形成、且所述孔4的深度等于所述Si基底31的厚度；所述含Ge薄膜I位于所述应变薄膜2和所述衬底3之间。在本技术所述的张应变锗薄膜中，所述孔4的底部的面积小于所述含Ge薄膜I的面积。在本技术所述的张应变锗薄膜中，所述含Ge薄膜I包括Ge单质层、Si^yGey合金层或者Ge1=Snz合金层，其中，y=0.8 I, z=0 0.1。在本技术所述的张 应变锗薄膜中，所述含Ge薄膜I的横向尺度小于200微米，厚度介于5 1000纳米。在本技术所述的张应变锗薄膜中，所述应变薄膜2包括氮化硅薄膜、碳化硅薄膜、碳氮化硅薄膜、氮化硼薄膜或者钨薄膜。实施本技术的张应变锗薄膜，具有以下有益效果:将应变薄膜中的压应变转移到含Ge薄膜中，使应变薄膜中的压应变得到弛豫，而含Ge薄膜受到张应变；且含Ge薄膜和应变薄膜都与Si兼容；制得的张应变锗薄膜的张应变介于0.7-1.5%之间，且与Si兼容。另外，由于含Ge薄膜下面部分区域的衬底已被去除，衬底对含Ge薄膜应变的影响被限制。这样，含Ge薄膜中的张应变主要与其厚度以及应变薄膜的厚度和压应变大小有关:当应变薄膜的厚度和压应变一定时，含Ge薄膜中的张应变随其厚度的减小而增加；当含Ge薄膜的厚度一定时，含Ge薄膜中的张应变随应变薄膜的厚度和压应变的增加而增加；这样使得含Ge薄膜中张应变的大小可以精确控制。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中:图1是本技术张应变锗薄膜第一实施例中衬底的结构示意图；图2是本技术张应变锗薄膜第一实施例中的含Ge薄膜覆盖于衬底上的结构示意图；图3是图2中衬底上腐蚀形成孔的结构示意图；图4是在图3的孔内设置应变薄膜、形成张应变锗薄膜的结构示意图；图5是本技术张应变锗薄膜第二实施例中衬底的结构示意图；图6是本技术张应变锗薄膜第二实施例中的含Ge薄膜覆盖于衬底上的结构示意图；图7是图6中衬底上腐蚀形成孔的结构示意图；图8是本技术张应变锗薄膜第二实施例形成的张应变锗薄膜的结构示意图；图9是本技术张应变锗薄膜实施例的含Ge薄膜的张应变与厚度的关系图；图中:1-含 Ge 薄膜；2-应变薄膜；3-衬底；31-Si 基底，32-埋层 SiO2, 33-顶层 Si ；4-孔。具体实施方式为了对本技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本技术的具体实施方式。实施例1如图1-图4所示，在本技术的张应变锗薄膜第一实施例中，包括含Ge薄膜1、及覆盖于含Ge薄膜I上、用于在压应变弛豫的过程中将应变转移给含Ge薄膜1、使含Ge薄膜I受到张应变的应变薄膜2，其中，应变薄膜2的厚度大于含Ge薄膜I的厚度。在制备本实施例张应变锗薄膜时，包括以下步骤:准备一衬底3 ;在衬底3特定区域上制备一含Ge薄膜I ;去除含Ge薄膜I下面部分区域的衬底3 ;制备一应变薄膜2，覆盖含Ge薄膜I。应变薄膜2在压应变弛豫的过程中将应变转移给含Ge薄膜1，使含Ge薄膜I受到张应变。进一步讲制备本实施例张应变锗薄膜的步骤:1、衬底3的准备:如图1所示，图1是本实施例中衬底3的结构示意图。本实施例中，衬底3为硅衬底，优选地，可以采用标准的Si晶圆。当然，在其它的实施例中，衬底3也可以是绝缘体上的硅衬底(SOI)，优选采用SOI晶圆。2、含Ge薄膜I的制备:如图2所示，图2是本实施例中的含Ge薄膜I覆盖于衬底3上的结构示意图。含Ge薄膜I由平面外延、选择性外延或者键合的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种张应变锗薄膜，其特征在于，包括含Ge薄膜（1）、及覆盖于所述含Ge薄膜（1）上、用于在压应变弛豫的过程中将应变转移给所述含Ge薄膜（1）、使所述含Ge薄膜（1）受到张应变的应变薄膜（2），其中，所述应变薄膜（2）的厚度大于所述含Ge薄膜（1）的厚度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周志文，
申请(专利权)人：深圳信息职业技术学院，
类型：实用新型
国别省市：