[发明专利]锗衬底的生长方法以及锗衬底

说明书

技术领域

本发明是关于锗衬底的生长方法以及锗衬底，特别涉及具有高晶体质量的锗衬底的生长方法以及锗衬底。

背景技术

芯片制造业仍遵循摩尔定律向450 mm大尺寸晶圆、纳米级光刻线宽、高精度、高效率、低成本方向发展。2004年以来，很多国际顶级半导体厂商纷纷采用90 nm工艺生产集成电路IC芯片，90 nm制程的启动，标志着芯片制造业已进入100 nm 至0.1 nm 尺度范围内的纳米技术时代。但在进一步提高芯片的集成度、运行速度以及减小集成电路的特征尺寸方面遇到了严峻的挑战，现有的材料和工艺正接近它们的物理极限，因此必须在材料和工艺上有新的重大突破。2004年，intel在其90 nm制程中引入了工艺致应变硅沟道。2007年，intel的45 nm制程进入量产，首次引入了高k栅极介质和金属栅极材料。2009年2月10日，intel发布了用32 nm制程制造的新型处理器，并且在2009年第4季度，其生产技术将全面由45 nm转向32 nm，目前更先进的22 nm制程正处于研发阶段，预计2012年将正式进入量产。随着特征尺寸进入到22 nm以下时代，锗材料因其快速的空穴迁移率再一次引起了人们的重视，并且锗材料和III-V族材料的结合成为未来微电子技术的一个重要的发展方向。

目前，单晶锗衬底得最大尺寸为6寸，无法与当前主流的8-12寸工艺兼容。而在单晶硅衬底上外延单晶锗层更容易与目前的半导体工艺兼容。因此，在单晶硅衬底上外延无缺陷的单晶锗层成为重要的技术发展方向。但是，由于硅和锗之间存在较大的晶格失配，因此，外延的单晶锗层具有很大的位错密度，其晶体质量较差。此外，由于Si和Ge之间晶格的不匹配，共格生长得到的Ge层应为应变Ge层，无法获得一层驰豫的Ge单晶层。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有高晶体质量的锗衬底的生长方法以及锗衬底。

为了解决上述问题，本发明提供了一种锗衬底的生长方法，包括如下步骤：提供支撑衬底，所述支撑衬底为晶体材料；在支撑衬底表面采用第一温度外延生长第一锗晶体层；在第一锗晶体层表面采用第二温度外延生长第二锗晶体层，所述第一温度低于第二温度。

作为可选的技术方案，多次交替实施生长第一锗晶体层的步骤和第二锗晶体层的步骤，获得第一锗晶体层和第二锗晶体层的堆叠结构。

作为可选的技术方案，在首次生长第一锗晶体层之前进一步包括如下步骤：在支撑衬底表面生长缓冲层，缓冲层的材料与支撑衬底的材料相同，后续第一锗晶体生长于缓冲层的表面。

作为可选的技术方案，所述支撑衬底的材料为单晶硅。

作为可选的技术方案，所述第一温度和第二温度的取值范围均是200℃至900℃。

作为可选的技术方案，在生长第一锗晶体层之后进一步包括如下步骤：对第一锗晶体层实施原位退火。

作为可选的技术方案，在生长第二锗晶体层之后进一步包括如下步骤：对第二锗晶体层实施原位退火。

作为可选的技术方案，所述对第一锗晶体层和第二锗晶体层实施原位退火的步骤中，原位退火的温度范围是550℃至900℃，退火气氛为氢气。

作为可选的技术方案，在对第二锗晶体层实施原位退火之后进一步包括如下步骤：在第二锗晶体层表面采用第二温度外延生长第三锗晶体层。

一种锗衬底，包括支撑衬底和外延生长于支撑衬底表面的锗晶体层，所述支撑衬底为晶体材料，所述锗晶体层至少包括一采用第一温度外延生长的第一锗晶体层，和一采用第二温度外延生长的第二锗晶体层，所述第一温度低于第二温度。

本发明的优点在于提出了一种低高温锗外延结合的生长工艺，首先低温生长一层锗层，锗外延生长速度低，具有二维生长特性且完全弛豫，这层薄的低温锗层具有较多的缺陷，易于应力驰豫以及位错湮灭，随后，再高温生长一层锗外延层，该层生长速度快，能够得到具有高晶体质量且完全驰豫的单晶锗层。

附图说明

附图1所示是本发明第一具体实施方式的实施步骤示意图。

附图2A至附图2D所示是本发明第一具体实施方式的工艺示意图。

附图3所示是本发明第二具体实施方式的实施步骤示意图。

具体实施方式

接下来结合附图详细介绍本发明所述一种锗衬底的生长方法以及锗衬底的具体实施方式。

首先给出本发明的第一具体实施方式。