一种具有高Ge组分的应变SiGe层的制备方法

摘要

一种具有高锗(Ge)组分的应变锗硅(SiGe)层的制备方法，属于半导体技术领域，特别涉及应变锗硅(SiGe)层的制备。所述方法包括以下步骤：准备硅(Si)衬底；采用传统生长应变Si层的方法在Si衬底上长一层具有少量应变并且质量较好的应变Si层，采用化学气相淀积(CVD)或分子束外延(MBE)等外延技术在上述生长好的应变Si层上外延一层含有高Ge组分的应变SiGe层。本发明通过在应变Si层上外延SiGe层，利用应变Si中的应变缓解上层SiGe层中的应变，使得SiGe层中缺陷更少，这样Ge组分可以更高，所涉及的设备，工艺等，都是最常见最普通的半导体工艺，因此，本发明不但具有高锗的应变锗硅层，而且具有制作简单，成本低的优点。

说明书

所属技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种制备高锗(Ge)组 分的应变SiGe层的方法。

背景技术

在现代半导体技术中，提高半导体器件的性能是一个很重要的课 题。提高载流子迁移率是提高半导体器件的驱动电流的有效措施之 一，而载流子迁移率的提高可以通过在沟道中引入应变来实现。如对 于P型绝缘栅型场效应管(PMOSFET)，采用具有压应变的应变SiGe 作为沟道可以大大提高空穴的迁移率，从而提高器件的性能；从另一 方面来说，和硅相比，锗材料具有更高的载流子迁移率。所以，SiGe 层中Ge组分越大，层中的应变越大，载流子迁移率提高越大，对器 件性能的提高越有利。

通常制备应变SiGe都是直接在硅Si衬底上外延，由于Si衬底 与SiGe层之间不同的晶格常数，Si衬底上外延出来的SiGe层都有 压应变。但是当Ge组分过高时，层中会产生大量的位错缺陷，导致 层中的应变部分被弛豫，不利于器件性能的提高，因此传统制得的 SiGe层中的Ge组分通常为30％～40％。

综上所述，探索新方法生长含有高Ge组分，质量好的的应变SiGe 层来进一步提高空穴迁移率很有意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术制备应变SiGe层对Ge组分 比例限制的缺点，特提供一种新的制备应变SiGe层的方法。

该方法是：1、准备硅衬底；2、利用低温硅(LT-Si)的方法和 离子注入的方法制备应变Si层(具体步骤结合实施例阐述)。因为本 发明所需用的应变Si层只是作为外延应变SiGe层的基地，不需用有 太大的应变，层中应变小于0.3％即可，并且应变Si层的表面粗糙度 可以控制在10⁶m^-2一下，所以上述两种方法均满足本实验需求，且工 艺简单；3、利用化学气相淀积(CVD)在应变Si层上外延一层含 Ge组分为60％～90％的高Ge组分SiGe层，得到本发明结果。

本方法的优点就在于：1、在应变Si层上淀积SiGe层，由于Si 的晶格常数＜张应变Si的晶格常数＜SiGe的晶格常数，SiGe和应变 Si的晶格常数差不如和Si的大，这样在外延SiGe层时，就不会因晶 格常数差异过大而产生过多的缺陷、位错等，所以即使外延较高Ge 组分的SiGe层，也不会出现因缺陷、位错过多而使应变弛豫的现象， 并且由于缺陷、位错较少，SiGe层的质量容易控制。这样外延的SiGe 层中Ge组分可以达到60％～90％；2、因为本方法所需要的应变Si 只是作为淀积高Ge组分的SiGe层的基底，而不是作为器件材料， 所以层中的应变不需要很大，层中应变小于0.3％即可，因此用常规 很简单的办法就可以制得满足本发明要求的、质量较好的应变Si层； 3、本方法所涉及的设备，工艺等，都是最常见最普通的半导体工艺， 成本低，步骤简单，最重要的是得到的应变SiGe中的Ge组分比常 规方法提高40％左右，用于制作高迁移率的半导体器件效果明显。

附图说明

图1是本发明涉及的本发明流程概图。

图2是本发明实施例一涉及的用LT-Si法所得到的层结构概图。

图3是本发明实施例二涉及的在Si衬底上外延Si_0.8Ge_0.2层的示 意图。

图4是本发明实施例二涉及的在Si衬底和Si_0.8Ge_0.2层间进行离 子注入的示意图。

图5是本发明实施例二涉及的用离子注入法最后得到的总的层 结构概图。

实施例：

结合附图通过实施例进一步说明本发明：

实施例一：利用低温硅(LT-Si)的方法制备应变Si层

结合附图2通过LT-Si制备应变Si，然后在应变Si上制备高Ge 组分应变SiGe层的方法，具体方法包括以下步骤：

步骤一：准备Si衬底1，采用单晶硅作为衬底，并对其进行清洗；

步骤二：在Si衬底1上，采用化学气相淀积(CVD)，在400° C的温度下，外延100nm的LT-Si层102；

步骤三：在LT-Si层102上，采用化学气相淀积(CVD)，以SiH₄， GeH₄为气源，在550℃下，外延100nmGe含量为20％的弛豫Si_0.8Ge_0.2层3；

步骤四：在弛豫Si_0.8Ge_0.2层3上，采用化学气相淀积(CVD)， 在550℃下，生长一层50nm的应变Si层4；

步骤五：采用化学气相淀积(CVD)，以SiH₄，GeH₄为气源，在 550℃下，在应变Si层4上外延一层Ge含量为65％的应变Si_0.35Ge_0.65层5。

通过上述五个步骤可制作含Ge为65％的高Ge组分应变SiGe层。

实施例二：利用离子注入的方法制备应变Si层

结合附图3，附图4，附图5通过实施例二对本发明进行说明， 与实施例一的不同之处在于制备应变Si层的方法不同，具体方法包 括以下步骤：

步骤一：准备Si衬底1，采用单晶硅作为衬底，并对其进行清洗；

步骤二：用化学气相淀积(CVD)，以SiH₄，GeH₄为气源，在 550℃下，外延100nmGe含量为20％的Si_0.8Ge_0.2层3；

步骤三：在Si衬底1和Si_0.8Ge_0.2层3之间，离子注入硼B和氧 O，形成具有黏性和流动性的硼硅玻璃层202；

步骤四：进行高温快速热退火，修复Si_0.8Ge_0.2层3因离子注入造 成的晶格损伤，并且使Si_0.8Ge_0.2层3中应变完全弛豫，采用的温度为 900℃～1100℃，退火时间约为10s；

步骤五：在弛豫Si_0.8Ge_0.2层3上，采用化学气相淀积(CVD)， 在550℃下，生长一层50nm的应变Si层4；

步骤六：采用化学气相淀积(CVD)，以SiH₄，GeH₄为气源，在 550℃下，在应变Si层4上外延一层Ge含量为65％的应变Si_0.35Ge_0.65层5。

以上所述为本发明的优选实施例。对于本技术领域的普通技术人 员，在不脱离本发明原理的前提下，改进的方法应视为本发明的保护 范围。