[发明专利]绝缘硅上锗结构衬底的制备方法

说明书

本发明涉及半导体制造及微电子器件领域，具体涉及一种绝缘硅上锗结构衬底的制备方法，包括：对第二晶圆进行氢离子注入，并通过退火来修复晶格损伤；在第二晶圆的离子注入面外延生长锗薄膜；在第一晶圆及第二晶圆的锗薄膜表面分别沉积第一介质层和第二介质层；对抛光后的第一介质层和第二介质层表面进行氧等离子体处理，然后用液体浸润介质层表面并吹干；将第一介质层和第二介质层对准并键合，形成晶圆结合体；对晶圆结合体进行退火处理，使第二晶圆从离子注入面断裂，在晶圆结合体上形成断裂面；对晶圆结合体的断裂面的硅进行刻蚀，使锗薄膜完全裸露；对锗薄膜进行化学机械抛光，形成绝缘体上锗结构衬底。

技术领域

本发明涉及半导体制造及微电子器件领域，具体涉及一种绝缘硅上锗结构衬底的制备方法。

背景技术

锗材料是最早被用于集成电路的半导体材料，但由于锗材料较活泼，且锗器件漏电流较大而被性能更稳定且储量更为丰富的硅材料后来居上。但是，随着集成电路芯片集成度的不断提高及工作频率不断增大，锗材料远大于硅的载流子迁移率的优势逐渐显现，并被列为光电集成的最有潜力的材料之一。

借鉴SOI结构衬底的优势，绝缘硅上锗(GOI)有利于集成电路的寄生电容及闩锁效应，同时利用GOI代替Ge晶圆，大大降低了对Ge材料的消耗。

目前常用的GOI的制备方法中，Smart Cut^TM法受限于Ge晶圆的尺寸而无法实现大尺寸的GOI衬底(大于等于12英寸)；而外延锗键合法以硅晶圆为衬底，虽然可以制备大于等于12英寸的GOI衬底，但是在制备过程中对生长外延锗的硅晶圆直接进行研磨和刻蚀，对硅材料造成了极大的浪费。

发明内容

基于此，本发明提出了一种绝缘硅上锗结构衬底的键合方法，可以对晶圆进行批量化处理，提高产业化生产效率，同时降低生产成本。

根据本发明的一个方面，提供了一种绝缘硅上锗结构衬底的制备方法，包括：

对第二晶圆进行氢离子注入，并通过退火来修复晶格损伤，形成具有离子注入面的第二晶圆；

在上述第二晶圆的上述离子注入面外延生长锗薄膜；

在第一晶圆及上述第二晶圆的锗薄膜表面分别沉积第一介质层和第二介质层；

对上述第一介质层和上述第二介质层表面进行化学机械抛光；

对抛光后的上述第一介质层和上述第二介质层表面进行氧等离子体处理，然后用液体浸润介质层表面并吹干；

将上述第一介质层和上述第二介质层对准并键合，形成晶圆结合体；

对上述晶圆结合体进行退火处理，使上述第二晶圆从上述离子注入面断裂，在上述晶圆结合体上形成断裂面；

对上述晶圆结合体的上述断裂面的硅进行刻蚀，使上述锗薄膜完全裸露；

对上述锗薄膜进行化学机械抛光，形成绝缘体上锗结构衬底。

根据本发明的实施例，其中，

上述对第二晶圆进行氢离子注入，并通过退火来修复晶格损伤，包括：

对上述第二晶圆的抛光面进行氢离子注入；

其中，注入能量为10～300KeV，注入剂量为1×10¹⁵～10¹⁷cm^-3。

根据本发明的实施例，其中，上述对第二晶圆进行氢离子注入，并通过退火来修复晶格损伤，还包括：

对上述第二晶圆进行离子注入后按照如下方式之一进行退火：炉式退火、快速热退火或激光退火；

其中，热退火温度为150～400℃，热退火时间为10～200min；