超薄硅薄膜鈍化制備絕緣體上鍺的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種GeOI的制備方法，尤其是涉及一種超薄硅薄膜鈍化制備絕緣體上鍺的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鍺材料由于具有高的電子和空穴迀移率，近年來基于鍺材料的MOSFET受到了廣泛的關(guān)注([I]詹達(dá)，馬小波，劉衛(wèi)麗，等.用smart-cut方法制備GOI材料及研究[J].功能材料與器件學(xué)報(bào)，2007，13(3):207-212 ; [2]Tracy C J, Fejes P, Theodore N D, etal.Germanium-on-1nsulator substrates by wafer bonding[J].Journal of electronicmaterials, 2004, 33(8):886-892)。但是，由于鍺的禁帶寬度很小，因此鍺器件也承受著大漏電流的致命缺點(diǎn)，這也嚴(yán)重阻礙了鍺器件更廣泛的應(yīng)用。如同SOI解決了體硅材料在半導(dǎo)體器件中的不足，絕緣層上鍺(Germanium-on_Insulator，GeOI)結(jié)合了 Ge高載流子迀移率和SOI結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，同樣也是很好解決體Ge材料缺點(diǎn)的候選材料。
[0003]目前，具有多種制備GeOI的方法，然而理想的GeOI制造技術(shù)需要保證在Si晶圓片上制造出一層良好的單晶Ge薄膜，包括低缺陷的GeOI結(jié)構(gòu)，這些要求是目前液相外延法等多種制備GeOI的技術(shù)所不能夠達(dá)到的([3] Taraschi G, Pitera AJ, Fitzgerald E A.Strained Si, SiGe, and Ge on-1nsulator:review of wafer bondingfabricat1n techniques[J].Solid-State Electronics, 2004, 48(8):1297-1305 ； [4]Tezuka T, Sugiyama N, Takagi S, et al.Dislocat1n-free format1n of relaxedSiGe-on-1nsulator layers[J].Applied physics letters, 2002, 80(19):3560-3562 ； [5]Akatsu T, Deguet C, Sanchez L, et al.Germanium-on-1nsulator(GeOI) substrates—Anovel engineered substrate for future high performance devices[J].Materialsscience in semiconductor processing, 2006，9 (4): 444-448)。雖然智能剝離法是目前備受關(guān)注的制備低缺陷密度、較優(yōu)單晶性能GeOI結(jié)構(gòu)的最有效方法，但是Ge與S12的直接鍵合容易在Ge與S12W面生成GeOx，在較高溫度(多400°C )下退火加強(qiáng)鍵合強(qiáng)度的過程中，容易在界面中生成GeO，而GeO不穩(wěn)定，會(huì)形成揮發(fā)氣體，這嚴(yán)重影響了鍵合質(zhì)量([6]Clavelier L, Le Royer C，Morand Y, et al.Review of some critical aspects ofGe and GeOI substrates[J].ECS Transact1ns, 2006, 3(7):789-805 ； [7]Seo J ff, DiekerC, Tapponnier A, et al.Epitaxial germanium-on-1nsulator grown on(001)Si[J].Microelectronic engineering, 2007, 84(9): 2328-2331.)。而且 Ge 具有疏水性，需要通過等離子體進(jìn)行親水性處理才能與S12進(jìn)行親水性鍵合，而等離子處理也會(huì)在表面生成GeOx0相對(duì)于智能剝離的方法，晶片鍵合與背刻蝕技術(shù)是制備GeOI很有潛力的另一種方法。晶片鍵合與背刻蝕技術(shù)可以得到界面平整度高，分界面陡峭的GeOI材料，并且可以減少智能剝離中離子注入的步驟，但也存在Ge與S12W面生成GeOJ^問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)鍵合與背刻蝕方法制備GeOI存在GeOx界面等問題，提供將Ge晶片清洗后生長(zhǎng)一層Si鈍化層，避免Ge與空氣及等離子的接觸，避免不穩(wěn)定GeOjl的生成的一種超薄硅薄膜鈍化制備絕緣體上鍺的方法。
[0005]本發(fā)明包括以下步驟:
[0006]I)將Ge片清洗，在Ge片上生長(zhǎng)超薄硅鈍化層，即得Si/Ge晶片；
[0007]2)將Si片清洗，采用干氧氧化，在Si片上生長(zhǎng)S1jl，即得S1 2/Si晶片；
[0008]3)將步驟I)得到的Si/Ge晶片和步驟2)得到的Si02/Si晶片清洗后，進(jìn)行氧等離子體處理，超薄硅鈍化層被氧化、活化，得到Si02/Ge，同時(shí)得到活化的Si02/Si晶片；
[0009]4)將步驟3)處理后的Si02/Ge和Si02/Si晶片用氨水浸泡，吹干后貼合，再升溫加壓處理，得鍵合片；
[0010]5)將步驟4)得到的鍵合片進(jìn)行濕法腐蝕，將Ge層減薄后拋光，得到表面平整的絕緣體上鍺。
[0011]在步驟I)中，所述生長(zhǎng)超薄硅鈍化層可采用UHV/CVD系統(tǒng)生長(zhǎng)超薄硅鈍化層；超薄娃鈍化層的厚度可為I?2nm。
[0012]在步驟2)中，所述采用干氧氧化，在Si片上生長(zhǎng)S1Ji可通過在高溫條件下控制氧化時(shí)間來得到所需的S1Jl，所述高溫的溫度>1000°C;Si0jl的厚度可為40?300nm。
[0013]在步驟3)中，所述進(jìn)行氧等離子體處理可放入感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)中，氧氣流量40sccm，功率100W，處理時(shí)間15s。
[0014]在步驟4)中，所述氨水按體積比的組成可為:NH4OH: H2O = I: 10，氨水浸泡的時(shí)間可為30s，以進(jìn)一步提尚晶片表面未水性和鍵合強(qiáng)度。
[0015]在步驟5)中，所述鍵合片進(jìn)行濕法腐蝕的具體方法可為:配制50wt%氫氧化鈉溶液10mL，溶液初始溫度達(dá)到40°C后，再加入20mL H2O2,放入鍵合晶片后以7.5mL/min的速度持續(xù)向溶液中添加過氧化氫溶液；所述拋光可采用機(jī)械拋光結(jié)合化學(xué)機(jī)械拋光的方法；所述機(jī)械拋光的拋光液按體積比的組成可為Nalco2398: H2O = I: 20 ;所述化學(xué)機(jī)械拋光的拋光液按體積比的組成為Nalco2398: H2O: H2O2=I: 20: 0.2。
[0016]本發(fā)明首先在Ge襯底上生長(zhǎng)一層超薄Si鈍化層，然后利用氧等離子體處理，氧化&活化Si鈍化層；再利用晶片鍵合與背刻蝕技術(shù)將其與Si02/Si支撐晶片鍵合，最終得到GeOI結(jié)構(gòu)；本發(fā)明可以避免Ge直接與空氣及等離子體接觸生成GeOx。此外，利用等離子體氧化Si鈍化層，可以避免熱處理并且具有活化表面的作用。本發(fā)明利用S12的親水性及鍵合背刻蝕技術(shù)，是一種簡(jiǎn)易、低成本的制備GeOI的新方法。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的Si02/Ge與Si02/Si晶片鍵合強(qiáng)度拉力測(cè)試曲線。
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