超薄硅薄膜钝化制备绝缘体上锗的方法技术

超薄硅薄膜钝化制备绝缘体上锗的方法，涉及一种GeOI的制备方法。1)将Ge片清洗，在Ge片上生长超薄硅钝化层，即得Si/Ge晶片；2)将Si片清洗，采用干氧氧化，在Si片上生长SiO2层，即得SiO2/Si晶片；3)将步骤1)得到的Si/Ge晶片和步骤2)得到的SiO2/Si晶片清洗后，进行氧等离子体处理，超薄硅钝化层被氧化、活化，得到SiO2/Ge，同时得到活化的SiO2/Si晶片；4)将步骤3)处理后的SiO2/Ge和SiO2/Si晶片用氨水浸泡，吹干后贴合，再升温加压处理，得键合片；5)将步骤4)得到的键合片进行湿法腐蚀，将Ge层减薄后抛光，得到表面平整的绝缘体上锗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种GeOI的制备方法，尤其是涉及一种。
技术介绍
锗材料由于具有高的电子和空穴迀移率，近年来基于锗材料的MOSFET受到了广泛的关注(詹达，马小波，刘卫丽，等.用smart-cut方法制备GOI材料及研究.功能材料与器件学报，2007，13(3):207-212 ; Tracy C J, Fejes P, Theodore N D, etal.Germanium-on-1nsulator substrates by wafer bonding.Journal of electronicmaterials, 2004, 33(8):886-892)。但是，由于锗的禁带宽度很小，因此锗器件也承受着大漏电流的致命缺点，这也严重阻碍了锗器件更广泛的应用。如同SOI解决了体硅材料在半导体器件中的不足，绝缘层上锗(Germanium-on_Insulator，GeOI)结合了 Ge高载流子迀移率和SOI结构的优点，同样也是很好解决体Ge材料缺点的候选材料。目前，具有多种制备GeOI的方法，然而理想的GeOI制造技术需要保证在Si晶圆片上制造出一层良好的单晶Ge薄膜，包括低缺陷的GeOI结构，这些要求是目前液相外延法等多种制备GeOI的技术所不能够达到的( Taraschi G, Pitera AJ, Fitzgerald E A.Strained Si, SiGe, and Ge on-1nsulator:review of wafer bondingfabricat1n techniques.Solid-State Electronics, 2004, 48(8):1297-1305 ； Tezuka T, Sugiyama N, Takagi S, et al.Dislocat1n-free format1n of relaxedSiGe-on-1nsulator layers.Applied physics letters, 2002, 80(19):3560-3562 ； Akatsu T, Deguet C, Sanchez L, et al.Germanium-on-1nsulator(GeOI) substrates—Anovel engineered substrate for future high performance devices.Materialsscience in semiconductor processing, 2006，9 (4): 444-448)。虽然智能剥离法是目前备受关注的制备低缺陷密度、较优单晶性能GeOI结构的最有效方法，但是Ge与S12的直接键合容易在Ge与S12W面生成GeOx，在较高温度(多400°C )下退火加强键合强度的过程中，容易在界面中生成GeO，而GeO不稳定，会形成挥发气体，这严重影响了键合质量(Clavelier L, Le Royer C，Morand Y, et al.Review of some critical aspects ofGe and GeOI substrates.ECS Transact1ns, 2006, 3(7):789-805 ； Seo J ff, DiekerC, Tapponnier A, et al.Epitaxial germanium-on-1nsulator grown on(001)Si.Microelectronic engineering, 2007, 84(9): 2328-2331.)。而且 Ge 具有疏水性，需要通过等离子体进行亲水性处理才能与S12进行亲水性键合，而等离子处理也会在表面生成GeOx0相对于智能剥离的方法，晶片键合与背刻蚀技术是制备GeOI很有潜力的另一种方法。晶片键合与背刻蚀技术可以得到界面平整度高，分界面陡峭的GeOI材料，并且可以减少智能剥离中离子注入的步骤，但也存在Ge与S12W面生成GeOJ^问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对键合与背刻蚀方法制备GeOI存在GeOx界面等问题，提供将Ge晶片清洗后生长一层Si钝化层，避免Ge与空气及等离子的接触，避免不稳定GeOjl的生成的一种。本专利技术包括以下步骤:I)将Ge片清洗，在Ge片上生长超薄硅钝化层，即得Si/Ge晶片；2)将Si片清洗，采用干氧氧化，在Si片上生长S1jl，即得S1 2/Si晶片；3)将步骤I)得到的Si/Ge晶片和步骤2)得到的Si02/Si晶片清洗后，进行氧等离子体处理，超薄硅钝化层被氧化、活化，得到Si02/Ge，同时得到活化的Si02/Si晶片；4)将步骤3)处理后的Si02/Ge和Si02/Si晶片用氨水浸泡，吹干后贴合，再升温加压处理，得键合片；5)将步骤4)得到的键合片进行湿法腐蚀，将Ge层减薄后抛光，得到表面平整的绝缘体上锗。在步骤I)中，所述生长超薄硅钝化层可采用UHV/CVD系统生长超薄硅钝化层；超薄娃钝化层的厚度可为I?2nm。在步骤2)中，所述采用干氧氧化，在Si片上生长S1Ji可通过在高温条件下控制氧化时间来得到所需的S1Jl，所述高温的温度>1000°C;Si0jl的厚度可为40?300nm。在步骤3)中，所述进行氧等离子体处理可放入感应耦合等离子体刻蚀机中，氧气流量40sccm，功率100W，处理时间15s。在步骤4)中，所述氨水按体积比的组成可为:NH4OH: H2O = I: 10，氨水浸泡的时间可为30s，以进一步提尚晶片表面未水性和键合强度。在步骤5)中，所述键合片进行湿法腐蚀的具体方法可为:配制50wt%氢氧化钠溶液10mL，溶液初始温度达到40°C后，再加入20mL H2O2,放入键合晶片后以7.5mL/min的速度持续向溶液中添加过氧化氢溶液；所述抛光可采用机械抛光结合化学机械抛光的方法；所述机械抛光的抛光液按体积比的组成可为Nalco2398: H2O = I: 20 ;所述化学机械抛光的抛光液按体积比的组成为Nalco2398: H2O: H2O2=I: 20: 0.2。本专利技术首先在Ge衬底上生长一层超薄Si钝化层，然后利用氧等离子体处理，氧化&活化Si钝化层；再利用晶片键合与背刻蚀技术将其与Si02/Si支撑晶片键合，最终得到GeOI结构；本专利技术可以避免Ge直接与空气及等离子体接触生成GeOx。此外，利用等离子体氧化Si钝化层，可以避免热处理并且具有活化表面的作用。本专利技术利用S12的亲水性及键合背刻蚀技术，是一种简易、低成本的制备GeOI的新方法。【附图说明】图1为本专利技术实施例的Si02/Ge与Si02/Si晶片键合强度拉力测试曲线。[当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
超薄硅薄膜钝化制备绝缘体上锗的方法，其特征在于包括以下步骤：1)将Ge片清洗，在Ge片上生长超薄硅钝化层，即得Si/Ge晶片；2)将Si片清洗，采用干氧氧化，在Si片上生长SiO2层，即得SiO2/Si晶片；3)将步骤1)得到的Si/Ge晶片和步骤2)得到的SiO2/Si晶片清洗后，进行氧等离子体处理，超薄硅钝化层被氧化、活化，得到SiO2/Ge，同时得到活化的SiO2/Si晶片；4)将步骤3)处理后的SiO2/Ge和SiO2/Si晶片用氨水浸泡，吹干后贴合，再升温加压处理，得键合片；5)将步骤4)得到的键合片进行湿法腐蚀，将Ge层减薄后抛光，得到表面平整的绝缘体上锗。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈松岩，赖淑妹，毛丹枫，李成，黄巍，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35