專利名稱：一種半導體鍺基襯底材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于超大規(guī)模集成電路工藝制造技術領域，具體涉及一種鍺基襯底材料及其制備方法。
背景技術：
隨著器件尺寸地不斷縮小，載流子遷移率退化成為影響器件性能提升的關鍵因素之一。與硅材料相比，鍺材料具有較低的載流子有效質量，更高、更加對稱的低場載流子遷移率，能帶寬度窄，而且與硅CMOS工藝兼容，因此，鍺基器件是高速MOSFET器件一個很有希望的方向。為了實現(xiàn)更好的器件特性，鍺基襯底材料的制備也是當前關注的熱點之一。絕緣體上的鍺材料(GeOI)由于結合了體鍺材料和絕緣體上的硅材料(SOI)的優(yōu)勢，成為當前工業(yè)界和學術界的關注焦點之一，人們也提出了不同的制備方法，如鍺聚集技術等。然而，鍺與SiO2界面接觸特性較差，從而會使相應的器件性能退化。對于SOI器件，漏還會通過隱埋氧化層影響溝道電勢，因而DIBL效應加劇，器件性能進一步退化。雖然減小埋層的厚度可抑制DIBL效應，但會增大源漏與襯底之間的寄生電容，使得器件性能退化。 因此對于GeOI材料，改變埋層介質材料是改善器件性能的有效方式。

發(fā)明內容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術中的不足，提供了一種多孔層上鍺基襯底材料及其制備方法。本發(fā)明的技術方案是一種半導體鍺基襯底材料，其特征在于，包括一半導體基片，在半導體基片上形成一多孔層，在多孔層上設有半導體鍺片，形成多孔層上鍺基襯底材料。所述半導體基片是硅片或者鍺片，半導體基片上的多孔層厚度范圍為 30nm-400nm。在半導體鍺層與多孔層之間可設有一鈍化層。所述鈍化層為氮氧鍺，其厚度為 0. 7nm-3nm。鍺片為體鍺片或硅上外延鍺片。一種半導體鍺基襯底材料的制備方法，包括以下步驟1)采用多孔硅或多孔鍺技術，在半導體基片形成一多孔層；2)半導體鍺片上形成表面鈍化層(氮氧鍺層)；3)對半導體鍺片進行H+注入；4)將半導體基片的位于多孔層一面與半導體鍺片的位于氮氧鍺層一面進行低溫鍵合；5)對上述鍵合片進行熱處理，溫度為400-600°C，使半導體鍺片在H+注入射程分布峰值處剝離，從而形成多孔層上鍺基襯底結構。6)對上述多孔層上鍺基襯底退火處理來增加鍵合強度，并再利用CMP技術拋光，以完成半導體鍺基襯底材料的制備。所述H+注入射程分布峰值距離鍺片表面在30-150nm之間，注入劑量在 lel6-lel7cnT2 之間。其中，所述半導體基片與半導體鍺片鍵合溫度一股為150-300°C。所述退火溫度150_250°C，退火時間為5_150h。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是1)多孔層的介電常數(shù)約為1. 0，是最理想的埋層。2)利用了多孔層的低介電常數(shù)，在多孔層上形成Ge襯底材料，可以有效減小漏端通過埋層對溝道和源端的電勢耦合作用，從而有效抑制DIBL效應；3)降低源漏和襯底的寄生電容改善器件速度特性；4)減小了寄生電容，降低了漏電，功耗更低；5)消除了閂鎖效應；6)抑制襯底脈沖電流的干擾；7)避免了鍺與二氧化硅界面接觸特性差的問題；8)本發(fā)明提供的這種半導體鍺基襯底材料的制備方法，巧妙利用智能剝離技術在多孔絕緣層上制備超薄的半導體鍺材料。這樣既解決了運用BESOI技術時減薄的困難，同時又兼顧了 SIMOX技術和鍵合技術的優(yōu)點。9)制備工藝簡單，且與傳統(tǒng)硅工藝兼容。


圖1是本發(fā)明半導體鍺基襯底材料的結構示意圖；圖2是本發(fā)明制備工藝流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述圖1是本發(fā)明半導體鍺基襯底材料的示意圖。其中包括半導體基片1，其上形成的多孔層2，半導體鍺片3，以及界面處的鈍化層4。圖2是本發(fā)明制作半導體鍺基襯底材料的各步驟工藝流程圖。本發(fā)明制作半導體鍺基襯底材料的方法包括如下步驟步驟一半導體基片1上形成多孔層2，如圖2(a)所示。采用多孔硅或者多孔鍺技術在半導體基片1上形成多孔層2。多孔層2的厚度和孔密度由電解條件決定，一股控制多孔層2厚度在30nm至400nm之間，且孔密度在30%至 97%之間。步驟二 半導體鍺片3上生成氮氧鍺鈍化層4 (GeON)，如圖2(b)所示。對半導體鍺片3進行表面處理，首先用1 50的HF漂去表面的自然氧化層，再生長一層氮氧鍺層4作為健合的表面鈍化層，有助于改善半導體鍺片3和半導體基片1的界面質量，從而改善制備的半導體襯底材料的質量。氮氧鍺層4的厚度為0. 7-3nm。本實施例中制備氮氧鍺層4的方法是，首先，半導體鍺片3在氧氣中退火，溫度為 500-600°C，生成氧化鍺。氧化鍺的厚度由退火時間決定，一股控制在IOs至aiiin。然后通入氮氣排空氧氣，同時溫度降為300至400°C。最后鍺片4在氨氣氣氛中退火600°C，時間 30s-aiiin，引入氮以生成氮氧鍺層4。同時，氮的引入不局限于在氨氣中退火，也可以采用在 Ν20、Ν0中退火的方法，或者是用ICP方法引入高密度的反應離子氮。另外，也可以采用不做氧化，直接在氨氣氣氛中退火以生成氮氧鍺層4的方法。步驟三對半導體鍺片3中進行H+注入，如圖2(c)所示。在半導體鍺片3中注入H+后，在后續(xù)剝離熱處理過程中會在注入的投影射程分布峰值處5形成空腔層，從而實現(xiàn)半導體鍺片3從半導體基片1上智能剝離。智能剝離的位置由注入H+的能量決定，一股控制H+注入射程分布峰值在距離半導體鍺片3表面30-150nm 之間。注入氫的劑量在lel6 Ie 17cm"2之間。步驟四半導體基片1與半導體鍺片3低溫鍵合，如圖2(d)所示。將半導體基片1的位于多孔層2 —面與半導體鍺片3的位于氮氧鍺層4 一面進行低溫鍵合，為了防止界面變差、鍺外擴散和注入的氫形成空腔層，采用低溫健合工藝，鍵合溫度一股為150-300°C。步驟五采用智能剝離技術，形成多孔層上的鍺基襯底材料結構，如圖2(e)所示。對鍵合片進行熱處理，溫度為400-600°C，使半導體鍺片3在H+注入射程分布峰值 (Rp)處5起泡剝離，使半導體鍺片3上的一薄層單晶Ge轉移到半導體基片1上鍵合形成多孔層上鍺基襯底材料結構，如圖2(f)所示。半導體鍺片3剩余部分可以繼續(xù)使用。步驟六進一步退火處理來增加鍵合強度，并利用CMP技術再拋光。通過退火處理來增加鍵合強度，一股為150_250°C，退火時間為5_150h。為改善表面狀況及均勻性，需再利用CMP技術拋光。至此完成該半導體鍺基襯底材料的制備。以上通過詳細實施例描述了本發(fā)明所提供的半導體鍺基襯底材料，本領域的技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明實質的范圍內，可以對本發(fā)明做一定的變換或修改；其制備方法也不限于實施例中所公開的內容。
權利要求
1.一種半導體鍺基襯底材料，其特征在于，包括一半導體基片，在半導體基片上形成一多孔層，在多孔層上設有半導體鍺片，形成多孔層上鍺基襯底材料。
2.如權利要求1所述的半導體鍺基襯底材料，其特征在于，所述半導體基片是硅片或者鍺片。
3.如權利要求1或2所述的半導體鍺基襯底材料，其特征在于，所述多孔層厚度范圍為 30nm-400nm。
4.如權利要求1所述的半導體鍺基襯底材料，其特征在于，所述半導體鍺片與多孔層之間有一鈍化層。
5.如權利要求4所述的半導體鍺基襯底材料，其特征在于，所述鈍化層為氮氧鍺，其厚度為 0. 7nm-3nm。
6.如權利要求1所述的半導體鍺基襯底材料，其特征在于，所述鍺片為體鍺片或硅上外延鍺片。
7.一種半導體鍺基襯底材料的制備方法，包括以下步驟1)采用多孔硅或多孔鍺技術，在半導體基片上形成一多孔層；2)半導體鍺片上形成氮氧鍺層；3)對半導體鍺片進行H+注入；4)將半導體基片的位于多孔層一面與半導體鍺片的位于氮氧鍺層一面進行低溫鍵合；5)對上述鍵合結構進行熱處理，溫度為400-600°C，使半導體鍺片在H+注入射程分布峰值處剝離，從而形成多孔層上鍺基襯底；6)對上述多孔層上鍺基襯底材料進行退火處理，并利用CMP技術拋光。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，步驟3)H+注入射程分布峰值在距離鍺片表面30-150nm之間，注入劑量在lel6-lel7cnT2之間。
9.如權利要求7或8所述的方法，其特征在于，步驟4)低溫鍵合溫度為150-300°C。
10.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟6)中退火溫度150-250°C，退火時間為5-150h。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導體鍺基襯底材料及其制備方法，屬于超大規(guī)模集成電路制造技術領域。本發(fā)明在半導體基片上形成一多孔層，在多孔層上設置半導體鍺片，形成多孔層上半導體鍺基襯底材料。本發(fā)明利用多孔層的低介電常數(shù)，在多孔層上形成半導體鍺基襯底材料，可有效減小漏端通過埋層對溝道電勢的耦合作用，從而有效抑制DIBL效應，并可降低源漏和襯底的寄生電容，改善器件速度特性。同時，本發(fā)明提供了這種半導體鍺基襯底材料的制備方法，巧妙利用智能剝離技術在多孔絕緣層上制備超薄的半導體鍺材料。這樣既解決了運用BESOI技術時減薄的困難，同時又兼顧了SIMOX技術和鍵合技術的優(yōu)點。
文檔編號H01L27/12GK102237369SQ20101015136
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權日2010年4月20日
發(fā)明者安霞, 張興, 杜菲, 郭岳, 黃如 申請人:北京大學