专利名称：半导体应变弛豫材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体薄膜材料的制备技术，更具体地说，本 发明涉及到使生长的应变的半导体薄膜材料中的应力发生弛 豫，获得高质量弛豫材料的方法。
背景技术：
微电子技术的飞速发展彻底改变了我们的生活，为我们的 工作生活带来了革命性的变化，是当代信息产业的支柱。其技 术发展的核心就是减小集成器件的尺寸、提高芯片的集成度。 为了满足人们对信息需求量的指数增长，微电子集成电路的速 度、集成度进一步提高，但是随着微电子加工线宽向深亚微米 和纳米量级发展，器件的短沟道效应和量子效应等越来越严 重，成为制约微电子器件发展的一个重要因素。解决硅(Si)
微电子技术所面临的挑战是科研工作者的迫切任务。应变Si
技术是一项提高微电子芯片性能的强有力手段。它将应变引入
Si材料中，从而可以大大提高载流子的迁移率，进而提高器 件和电路的速度。与非应变的Si材料相比，如果器件采用相
同的尺寸，用应变Si制作的器件的速度大约有3 0 — 6 0% 的提高。
要制作应变Si，目前的方法是先在Si衬底上生长出应变
弛豫的锗硅(SiGe)合金材料，然后在SiGe上生长应变的Si 材料。由于锗(Ge)的原子半径比Si大，SiGe合金的晶格常 数比Si的晶格常数要大。在弛豫的SiGe上生长Si时，在生 长平面内，生长的Si薄膜将受到一个平行于生长面的张应变， 从而得到应变的Si材料。制作应变Si材料的最大的难点是首 先在Si衬底上获得弛豫的SiGe衬底材料。
目前制备弛豫SiGe材料的方法主要有两大类， 一类是直 接生长获得，如加入低温Si层、Ge组分渐变等；另一类是生 长出应变的SiGe材料后用热退火、离子注入等加工工艺，使 SiGe发生弛豫，获得弛豫的SiGe材料。以上方法中生长Ge 组分渐变的SiGe材料，使其应变逐步释放，得到的弛豫SiGe 材料的质量最好。但是该方法制作很复杂，成本也比较高。首 先，为了保障好的晶体质量，Ge组分的增加梯度必须控制在 0 . 1 /pm以下，这样外延层的厚度必须比较厚，生长时间长， 成本高，厚的组分渐变SiGe层也使得该种材料不适合于制作 集成器件。另外，这样得到的材料的表面不平整，必须用化学 机械抛光等工艺将其表面光滑化才能应用，工艺复杂、成本高。
本发明就是为了提供一种工艺简单、成本低、质量好的制 作弛豫的SiGe材料的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体应变弛豫材料的制作方
法，本发明的核心思想是将应变的SiGe薄膜材料转移到新的 衬底上，在转移过程中或者转移后，控制其应变的释放，从而 获得弛豫的SiGe材料。
本发明 一 种半导体应变弛豫材料的制作方法，其特征在 于，包括如下步骤
(1) 在硅衬底上生长应变的锗硅薄膜；
(2) 在衬底上制作柔性键合介质；
(3 )将步骤(1 )的锗硅薄膜/硅衬底与步骤(2 )的 衬底/柔性键合介质柔性键合，锗硅薄膜与柔性键合介质相对； (4 )将硅衬底去除；
(5 )对去除硅衬底后的材料进行热处理，使锗硅薄膜的
应变发生弛豫，形成锗硅半导体应变弛豫材料。
其中应变锗硅薄膜的生长方法是固体源分子束外延、气体 源分子束外延、化学束外延、化学汽相淀积。
其中柔性键合介质是掺磷或者同时掺有磷和硼的二氧化 硅材料。
其中柔性键合介质是硅乳胶。
其中柔性键合介质是铟或其它熔点低于1 0 0 0 °c的金
属材料。
其中键合前锗硅薄膜的表面也有柔性键合介质。 其中硅衬底的去除方法是智能剥离方法。 其中硅衬底的去除方法是背面减薄和腐蚀的方法。 其中衬底是硅半导体材料。
其中衬底的表面有绝缘介质层二氧化硅或氮化硅。
本发明的半导体应变弛豫材料的制作方法具有工艺简单、 成本低、质量好的优点。
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及 附图详细说明如后，其中
图1是本发明的一个制备弛豫锗硅材料的工艺流程示意图。
具体实施例方式
请参阅图1所示，本发明一种半导体应变弛豫材料的制作 方法，包括如下步骤
(l)在硅衬底ll上生长应变的锗硅薄膜l2;其中应
变锗硅薄膜l 2的生长方法是固体源分子束外延、气体源分子 束外延、化学束外延、化学汽相淀积；
(2 )在衬底1 3上制作柔性键合介质1 4 ;其中柔性键 合介质l 4是掺磷或者同时掺有磷和硼的Si(h材料；该柔性
键合介质l 4是硅乳胶；该柔性键合介质1 4是铟或其它熔点 低于1 0 0 0 °C的金属材料；其中衬底1 3是硅半导体材料； 其中衬底l3的表面有绝缘介质层二氧化硅或氮化硅；
(3 )将步骤(1 )的锗硅薄膜1 2 /硅衬底1 1与步骤 (2)的衬底l 3/柔性键合介质1 4柔性键合，锗硅薄膜l 2与柔性键合介质1 4相对；其中键合前锗硅薄膜1 2的表面 也有柔性键合介质；
(4)将硅衬底1l去除；其中硅衬底ll的去除方法是 智能剥离方法；其中硅衬底1 1的去除方法是背面减薄和腐蚀 的方法；
(5 )对去除硅衬底1 1后的材料进行热处理，使锗硅薄 膜l2的应变发生弛豫，形成锗硅半导体应变弛豫材料。
下面举例说明本发明的实施步骤
图1是本发明的一个制备弛豫锗硅材料工艺流程示意图。 可以由以下步骤来完成
步骤(1 ):在硅衬底1 1上生长应变的锗硅薄膜1 2 (如
图1 A)。为了保持锗硅薄膜12具有好的晶格质量，其厚度一
般应小于临界厚度。
步骤(2 ):在衬底1 3上制作柔性键合介质1 4 (如图
1B)。柔性键合介质1 4在较高的温度下比较软，具有一定的 横向流动性。
步骤(3 〉将步骤(1 )制备的硅衬底1 1 /锗硅薄膜1
2与步骤(2 )制作的衬底1 3 /柔性键合介质1 4实现键合 (如图1C)。键合后使两材料成为一块材料。
步骤(4 ):将硅衬底1 1去除(如图1 D)。去除硅衬底
1l后，应变的锗硅薄膜l2的一个面暴露出来，成为自由的 表面，而另一面与柔性键合介质结合，在一定的条件下，其结 合的强度比较弱，它的应力可以得到释放，成为应力弛豫的锗 硅材料。
步骤(5 ):对材料进行热处理，使锗硅薄膜1 2的应变
发生弛豫。在热处理过程中控制好加热速度和温度，使锗硅薄 膜材料在弛豫的过程中保持好的晶格质量。另外，加热过程中
也可能使柔性键合介质1 4的性质发生变化。热处理还可以强 化键合强度。
以上只是举出一个实施的例子，在制备过程中键合的媒质 可以有很多种，如可以用Si乳胶、低熔点金属材料如金属铟 等。用铟作为键合介质时，由于铟在较低温度下就可以软化， 用它作为键合介质，在一定温度下可以使锗硅层在其上有一定 的横向活动自由度，使锗硅中的应变发生弛豫。
本发明的核心思想是用键合的方法将生长在硅衬底11 上的应变的锗硅薄膜l 2转移到新的衬底1 3上，在去除硅衬
底1 1的过程中或者在去除硅衬底1 1后，使锗硅薄膜1 2的 应变发生弛豫，从而获得弛豫的锗硅材料。其中的键合应该是 柔性的，使锗硅的应变弛豫过程中保持较好的晶体质量。
权利要求
1、一种半导体应变弛豫材料的制作方法，其特征在于，包括如下步骤(1)在硅衬底上生长应变的锗硅薄膜；(2)在衬底上制作柔性键合介质；(3)将步骤(1)的锗硅薄膜/硅衬底与步骤(2)的衬底/柔性键合介质柔性键合，锗硅薄膜与柔性键合介质相对；(4)将硅衬底去除；(5)对去除硅衬底后的材料进行热处理，使锗硅薄膜的应变发生弛豫，形成锗硅半导体应变弛豫材料。
全文摘要
一种半导体应变弛豫材料的制作方法，其特征在于，包括如下步骤(1)在硅衬底上生长应变的锗硅薄膜；(2)在衬底上制作柔性键合介质；(3)将步骤(1)的锗硅薄膜/硅衬底与步骤(2)的衬底/柔性键合介质柔性键合，锗硅薄膜与柔性键合介质相对；(4)将硅衬底去除；(5)对去除硅衬底后的材料进行热处理，使锗硅薄膜的应变发生弛豫，形成锗硅半导体应变弛豫材料。
文档编号H01L21/324GK101097850SQ20061008944
公开日2008年1月2日 申请日期2006年6月28日 优先权日2006年6月28日
发明者飞 姚, 左玉华, 张建国, 成步文, 王启明, 薛春来 申请人:中国科学院半导体研究所