一种嵌入超晶格制备应变Si的方法技术

本发明专利技术提供一种嵌入超晶格制备应变Si的方法，该方法首先在Si衬底上外延一Ge组分为x的Si1-xGex层，其次在所述Si1-xGex层上外延一Ge组分为y的Si1-yGey层，且y≠x，形成Si1-xGex/Si1-yGey双层薄膜，然后多次重复外延所述Si1-xGex/Si1-yGey双层薄膜，以在所述Si衬底上制备出超晶格，接着在所述超晶格上外延一Ge组分为z的Si1-zGez层并使所述Si1-zGez层弛豫以形成弛豫Si1-zGez层，由所述超晶格和弛豫Si1-zGez层构成虚衬底，最后在所述弛豫Si1-zGez层上外延一Si层，以完成应变Si的制备。本发明专利技术通过降低制备应变Si所需的虚衬底厚度，大大节省了外延所需要的时间，不仅降低了外延所需要的成本，而且减少了由于长时间不间断进行外延而对外延设备造成的损伤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子与固体电子学
，特别是涉及。
技术介绍
制备更小尺寸、更高性能的器件一直是半导体工业发展的目标和方向，随着半导体技术的发展，单纯依靠Si材料已经无法制备出足够高速、低功耗的晶体管。从90nm工艺开始，应变Si (sS1-strained silicon)技术在半导体领域得到广泛的应用。根据应变Si的制备工艺，可以分为局部应变和全局应变。对于全局应变Si,传统方法一般米取首先在Si衬底上外延弛豫锗化硅(SiGe)层，然后在该弛豫SiGe层上面外延应变Si的方法。为了保证顶层应变Si的质量，弛豫SiGe层一般采用渐变缓冲的方法，即首先按照厚度每增加Iμ m，SiGe层中Ge组分增加10%的速度，逐渐提高SiGe层中Ge的组分，直到SiGe层中Ge的组分达到预期的值；然后固定该Ge组分值，继续外延一层厚度在I 2 μ m的SiGe层，此时最上层的SiGe层基本上达到100%弛豫，而且缺陷主要集中在下层的渐变缓冲层中 ’最后在弛豫SiGe层上外延应变Si薄层，该层缺陷密度较低，而且面内晶格常数(平行于外延薄膜的平面上的晶格间距)同弛豫SiGe层保持一致。由于弛豫SiGe的晶格常数大于普通Si，此时外延的Si的晶格常数也大于普通的Si衬底，即保持张应变。不过，采用渐变缓冲的传统方法外延弛豫SiGe层时需要花费大量的时间。如果外延厚度高达几个微米的 SiGe,使用化学气相沉积(CVD, chemical vapor deposition)方法或者物理气相沉积(PVD, physical vapor deposition)方法进行外延时,往往都需要几个小时的时间；使用分子束外延(MBE, molecular beam epitaxy)方法,甚至需要十几到几十个小时的时间；而且如此长时间的不间断外延，在设备腔壁上会沉积很厚的SiGe层，该SiGe层很难清除，对设备的安全使用也会产生不利的影响。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供，用于解决现有技术中制备应变Si需要花费大量时间外延SiGe层的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供，该方法至少包括以下步骤:I)，提供一 Si衬底，首先在所述Si衬底上外延一 Ge组分为x的SipxGex层，其中，O ^ X ^ I，其次在所述SihGex层上外延一 Ge组分为y的Si^yGey层，其中O彡y彡I且y幸X，形成SihGeySihyGey双层薄膜,然后多次重复外延所述SihGeySi^yGey双层薄膜，以在所述Si衬底上制备出超晶格；2)，在所述超晶格上外延Ge组分为z的Si1=Gez层，其中，O < z < 1，并使所述SihGez层弛豫以形成弛豫SihGez层，由所述超晶格和弛豫Si1=Gez层构成虚衬底；3)，在所述弛豫SihGez层上外延一 Si层，以完成应变Si的制备。可选地，所述步骤I)至步骤3)中是采用化学气相沉积方法、物理气相沉积方法或者分子束外延方法进行外延的。可选地，于所述步骤I)的SihGeySipyGey双层薄膜中，所述SipxGex层的厚度范围是I IOOnm,所述Si^yGey层的厚度范围是I lOOnm。可选地，于所述步骤I)中，多次重复外延所述SihGeySipyGey双层薄膜时，所述重复次数范围是2 50次。可选地，所述步骤2)还包括:在形成所述虚衬底后，将所述Si衬底和所述虚衬底在750 850°C温度下退火I 10分钟，使所述弛豫Si1=Gez层进一步弛豫。可选地，所述步骤2)还包括:在形成所述虚衬底后，将He离子以5X IO15 3 X IO16CnT2的剂量，以30 150keV的能量注入到所述虚衬底中，将所述Si衬底和所述虚衬底在800 900°C温度下退火I 10分钟，使所述弛豫Si1=Gez层进一步弛豫。可选地，所述步骤3)还包括:在形成所述应变Si后，将所述Si衬底、所述虚衬底和所述应变Si在750 850°C温度下退火I 10分钟，进一步弛豫所述弛豫Si1=Gez层以使所述应变Si的张应变进一步增大。可选地，所述步骤3)还包括:在形成所述应变Si后，将He离子以5X IO15 3 X IO16CnT2的剂量，以30 150keV的能量注入到所述虚衬底中，将所述Si衬底、所述虚衬底和所述应变Si在800 900°C温度下退火I 10分钟，进一步弛豫所述弛豫SihGez层以使所述应变Si的张应变进一步增大。可选地,所述步骤3)中的Si层的厚度范围是3 50nm。如上所述，本专利技术嵌入超晶格制备应变Si的方法，具有以下有益效果: 使用本专利技术嵌入超晶格制备应变Si时，只需要在Si衬底上外延厚度为一微米左右的虚衬底，而后再制备出应变Si。相对于制备应变Si的传统方法需要在Si衬底上外延几微米甚至十几微米的缓冲层后再制备出弛豫SiGe层和应变Si，本专利技术通过降低制备应变Si所需的虚衬底厚度，大大节省了外延所需要的时间，不仅降低了外延所需要的成本，而且减少了由于外延设备长时间不间断进行外延而造成的安全隐患。附图说明图1至图3显示为本专利技术嵌入超晶格制备应变Si的方法在实施例一中的结构示意图。图4显示为本专利技术嵌入超晶格制备应变Si的方法在实施例二中的结构示意图。图5显不为本专利技术嵌入超晶格制备应变Si的方法在实施例二中的结构不意图。元件标号说明ISi 衬底211SihGex 层212SihGex 层上 Si 层212’ SihGex 层上 Ge 层212” SihGex 层上 Si^yGey 层21 25 Si^Ge./Si 双层薄膜21’ SihGexAie 双层薄膜21”SihGeySihGey 双层薄膜2超晶格3弛豫 Si1^Gez 层4应变 Si5虚衬底具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。本专利技术提供，该方法首先在Si衬底上外延一Ge组分为X的SihGex层，其次在所述SipxGex层上外延一 Ge组分为y的Si^Gey层，且y幸X，形成SihGeySihyGey双层薄膜,然后多次重复外延所述SihGeySi^yGey双层薄膜，以在所述Si衬底上制备出超晶格，接着在所述超晶格上外延一 Ge组分为z的Si1=Gez层并使所述SihGez层弛豫以形成弛豫SihGez层，由所述超晶格和弛豫Si1=Gez层构成虚衬底，最后在所述她豫SipzGez层上外延一 Si层，以完成应变Si的制备。请参阅图1至图5。需要说明的是，以下具体实例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例一如图1至图3所示，本专利技术提供，该方法至少包括以下步骤:如图1所示，首先执行步骤I)，提供一 Si衬底1，采用化学气相沉积的方法、物理气相沉积方法或者分子束外延方法，首先在所述Si衬底I上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入超晶格制备应变Si的方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：1)，提供一Si衬底，首先在所述Si衬底上外延一Ge组分为x的Si1?xGex层，其中，0≤x≤1，其次在所述Si1?xGex层上外延一Ge组分为y的Si1?yGey层，其中0≤y≤1且y≠x，形成Si1?xGex/Si1?yGey双层薄膜，然后多次重复外延所述Si1?xGex/Si1?yGey双层薄膜，以在所述Si衬底上制备出超晶格；2)，在所述超晶格上外延Ge组分为z的Si1?zGez层，其中，0＜z＜1，并使所述Si1?zGez层弛豫以形成弛豫Si1?zGez层，由所述超晶格和弛豫Si1?zGez层构成虚衬底；3)，在所述弛豫Si1?zGez层上外延一Si层，以完成应变Si的制备。

【技术特征摘要】
1.一种嵌入超晶格制备应变Si的方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤: 1)，提供一Si衬底，首先在所述Si衬底上外延一 Ge组分为X的SihGex层，其中，O^ X ^ I，其次在所述SihGex层上外延一 Ge组分为y的Si^yGey层，其中O彡y彡I且y幸X，形成SihGeySihyGey双层薄膜,然后多次重复外延所述SihGeySi^yGey双层薄膜，以在所述Si衬底上制备出超晶格； 2)，在所述超晶格上外延Ge组分为z的Si1=Gez层，其中，O< z < I，并使所述Si1=Gez层弛豫以形成弛豫SihGez层，由所述超晶格和弛豫SihGez层构成虚衬底； 3)，在所述弛豫SihGez层上外延一Si层，以完成应变Si的制备。2.根据权利要求1所述的嵌入超晶格制备应变Si的方法，其特征在于:所述步骤I)至步骤3)中是采用化学气相沉积方法、物理气相沉积方法或者分子束外延方法进行外延的。3.根据权利要求1所述的嵌入超晶格制备应变Si的方法，其特征在于:于所述步骤I)的SihGeySipyGey双层薄膜中，所述Si^xGex层的厚度范围是I IOOnm,所述Si^yGey层的厚度范围是I lOOnm。4.根据权利要求1所述的嵌入超晶格制备应变Si的方法，其特征在于:于所述步骤I)中，多次重复外延所述SihGeySipyGey双层薄膜时，所述重复次数范围是2 50次。5.根据权利要求1所述的嵌入超...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛忠营，张苗，狄增峰，魏星，陈达，
申请(专利权)人：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：