具有高载子迁移率芯片的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种具有高载子迁移率芯片的制造方法，首先在绝缘层覆硅芯片的第一硅层上磊晶第一硅锗层，此时第一硅锗层的晶格为伸张态，之后使伸张态的第一硅锗层转变成松弛态，继续于松弛态的第一硅锗层上磊晶第二硅锗层，此时第二硅锗层的晶格为松弛态，最后于第二硅锗层上磊晶第二硅层，此时第二硅层的晶格呈伸张态。本方法简单，且可以降低制造成本及制造时间。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种芯片的制造方法，尤其涉及一种具有高载子(也载流子)迁移率芯片的制造方法，特别是有关于一种形成晶格变形的硅层的方法。晶格变形(伸张)的(strained)半导体异质结构为一种可改善场效应晶体管组件的效能的方法，且已广泛地应用于各种组件中。在异质接合场效应晶体管组件中，晶格变形的信道区可增加信道内的载子的迁移率。在晶格变形的硅信道区中，晶格变形的硅层通常形成于晶格参数大于硅的基底上。晶格正常(松弛)的(relaxed)硅锗基底是相当适合的材料，因为其可与硅制造方法兼容。晶格变形的硅信道的电子迁移率(electron mobility)和空穴迁移率(hole mobility)均远大于主体硅层(bulk Silayer)。在室温下，晶格变形的硅信道的电子迁移率为3000cm2/Vs，主体硅层的电子迁移率为400cm2/Vs。在其底层的SiGe层中的Ge含量较高时，晶格变形的硅信道的空穴迁移率为800cm2/Vs，主体硅层的电子迁移率为150cm2/Vs。因此，制备于晶格变形的硅层上的0.18微米的场效应晶体管组件的效能，相当于制备于正常晶格的硅层上的0.13微米的场效应晶体管组件的效能。有人提出一种形成晶格变形的硅信道层的方法，是在晶格正常(松弛)的SiGe层上成长一层硅层。首先在硅基底上成长晶格逐渐变形的Si1-xGex层，其中锗的比例x是自0逐渐增加至0.2，接着成长一层晶格正常的Si0.8Ge0.2层，之后利用氧植入分离(separation by implantation ofoxygen；SIMOX)方法来形成SOI基底，或者是使用单纯的硅基底，再于晶格正常的SiGe层成长一层硅层。然而，此种方法有很多缺点，要成长不同莫耳比例的Si1-xGex层的制作方法相当难以控制，相当费时，且成本相对提高。而且当Ge的莫耳比要增加时，所磊晶的Si1-xGex层的总厚度会随之增加，因而产生高许多的穿透性排差(threading dislocation)。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供一种，其方法如下以绝缘层覆硅芯片为起始材，此芯片系由第一硅层、绝缘层和硅主体层所堆栈而成，此第一硅层的晶格为松弛态(即正常的晶格)。将第一硅层的厚度调整至预定的厚度后，于第一硅层上磊晶第一硅锗层，此时第一硅锗层的晶格为伸张态(即变形的晶格)，之后使伸张态的第一硅锗层转变成松弛态，再于松弛态的第一硅锗层上磊晶第二硅锗层，此时第二硅锗层的晶格为松弛态，最后于第二硅锗层上磊晶第二硅层，此时第二硅层的晶格呈伸张态。本专利技术还提供一种，其方法如下提供一绝缘层覆硅芯片(SOI)，此绝缘层覆硅芯片的表层为晶格呈松弛态的第一硅层。于第一硅层上磊晶第一硅锗层，第一硅锗层的晶格为伸张态，第一硅锗层的厚度系小于维持在伸张态的临界厚度。之后，使伸张态的第一硅锗层回火成松弛态的第一硅锗层，并使松弛态的第一硅层变成伸张态的第一硅层。并于松弛态的第一硅锗层上磊晶第二硅锗层，第二硅锗层的晶格亦同为松弛态。最后于第二硅锗层上磊晶第二硅层，此第二硅层的晶格即呈伸张态。在上述的具有高载子迁移率的的制造方法，其中第一硅锗层的厚度为第一硅层的厚度的3倍至10倍。第一硅层的厚度约为5--50nm，第一硅锗层和第二硅锗层的总厚度约为100--500nm，第二硅层的厚度约为30--70nm。接着请参照附图说明图1C，在硅层106a上磊晶第一层硅锗层108，此硅锗层108的晶格为伸张态(即晶格变形)。此硅锗层108的厚度为硅层106a的厚度的3倍至10倍，即为15--500nm。其中硅锗层108，即Si1-xGex，锗的原子莫耳比(x)约为0.05--0.4，则相对应的硅的原子莫耳比(1-x)约为0.6--0.95。由于锗的晶格参数较硅大，因此当硅锗层108磊晶于硅层106a上时，锗原子为了配合硅的晶格与硅键结，因此硅锗层108的晶格会变形，但是晶格变形的硅锗层108有一临界厚度，当晶格变形的硅锗层108超过此临界厚度时，界面处的变形的晶格会发生排差，其它的晶格则受到强大的内应力而回复至稳定的晶格状态，即松弛态。因此，硅锗层108和硅层106之间的厚度比例需控制好。接着，使伸张态的硅锗层108转变成松弛态的硅锗层108a，而成为能量较稳定的状态，此时，其下方的硅层106a则受制于松弛态的硅锗层108a的晶格而完全变形为伸张态。由于硅锗层108a和硅层106a的厚度比例的适当控制，使得硅层106a可以完全转换成伸张态，而成假稳定状态。使伸张态的硅锗层108转变成松弛态的硅锗层108a的方法为进行回火制作方法，其中回火制作方法的温度控制在800--1100℃左右。接着请参照图1D，于松弛态的硅锗层108a上磊晶第二层的硅锗层110，此硅锗层110的晶格为松弛态。其中第二层的硅锗层110的硅和锗的原子莫耳比与其下方的硅锗层108a的硅和锗的原子莫耳比相同，即Si1-xGex，锗的原子莫耳比(x)约为0.05--0.4，相对应的硅的原子莫耳比(1-x)约为0.6--0.95。其中硅锗层108a和硅锗层110的总厚度约为100--500nm左右。接着请参照图1E，于松弛态的硅锗层110上磊晶一层硅层112，此硅层112的晶格会配合松弛态的硅锗层110的晶格排列而成伸张态，其厚度约为30--70nm。虽然本专利技术已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限制本专利技术，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本专利技术的精神和范围内，当可做更动与润饰，因此本专利技术的保护范围以权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高载子迁移率芯片的制造方法，包括： 提供一芯片，所述芯片为由一第一硅层、一绝缘层和一硅主体层所堆栈而成，其特征在于，所述第一硅层的晶格呈松弛态； 在所述第一硅层上磊晶一第一硅锗层，所述第一硅锗层的晶格为伸张态； 使伸张态的所述第一硅锗层转变为松弛态； 在松弛态的所述第一硅锗层上磊晶一第二硅锗层，所述第二硅锗层的晶格为松弛态；以及 在所述第二硅锗层上磊晶一第二硅层，所述第二硅层的晶格呈伸张态。

【技术特征摘要】
1.一种具有高载子迁移率芯片的制造方法，包括提供一芯片，所述芯片为由一第一硅层、一绝缘层和一硅主体层所堆栈而成，其特征在于，所述第一硅层的晶格呈松弛态；在所述第一硅层上磊晶一第一硅锗层，所述第一硅锗层的晶格为伸张态；使伸张态的所述第一硅锗层转变成松弛态；在松弛态的所述第一硅锗层上磊晶一第二硅锗层，所述第二硅锗层的晶格为松弛态；以及在所述第二硅锗层上磊晶一第二硅层，所述第二硅层的晶格呈伸张态。2.如权利要求1所述的具有高载子迁移率芯片的制造方法，其特征在于，所述第一硅锗层的厚度为所述第一硅层的厚度的3倍至10倍。3.如权利要求2所述的具有高载子迁移率芯片的制造方法，其特征在于，所述第一硅层的厚度为5--50nm。4.如权利要求1所述的具有高载子迁移率芯片的制造方法，其特征在于，使伸张态的所述第一硅锗层转变成松弛态的方法包括进行回火制作方法。5.如权利要求4所述的具有高载子迁移率芯片的制造方法，其特征在于，所述回火制作方法的温度为800--1100℃。6.如权利要求1所述的具有高载子迁移率芯片的制造方法，其特征在于，所述第一硅锗层和所述第二硅锗层的总厚度为100--500nm。7.如权利要求1所述的具有高载子迁移率芯片的制造方法，其特征在于，所述第二硅层的厚度为30--70nm。8.如权利要求1所述的具有高载子迁移率芯片的制造方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：史望澄，丁文琪，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]