一种利用层转移技术制备绝缘体上锗硅材料的方法

摘要

本发明涉及一种利用层转移技术制备绝缘体上锗硅(SGOI)材料的方法。首先在体硅上外延Siepi/Si1-xGex结构的多层材料，其中0＜x＜1，Siepi为外延材料的上表面。控制外延的Si1-xGex薄膜的厚度，使其小于临界厚度，以保证这层薄膜是完全应变的。然后使用层转移的方法将Siepi/Si1-xGex转移到一个SiO2/Si结构的支撑材料上，形成Si1-xGex/Siepi/SiO2/Si结构的多层材料。通过退火，使得材料中的Si1-xGex发生弛豫，弛豫过程中产生的位错主要分布在Siepi中，使得Si1-xGex保持了较高的晶格质量，然后通过外延的方法在Si1-xGex上继续外延一层Si薄膜，该薄膜将保持应变，最终得到Si/Si1-xGex/Siepi/SiO2/Si的SGOI材料。

主权项

一种制备SGOI的方法，其特征在于采用下述两种方法中的任一种：方法A①首先在体硅衬底上使用化学气相沉积的方法依次外延Si1‑xGex、Siepi两种不同的薄膜，其中0＜x＜1；依据外延材料中x值的不同，选择外延的Si1‑xGex薄膜的厚度，使其小于临界厚度，同时Siepi的厚度小于Si1‑xGex层的厚度，外延完成后得到Siepi/Si1‑xGex/Sisub结构的多层材料，其中，Siepi为外延材料的上表面，Sisub为衬底硅材料；②将步骤1制备的多层材料同另一片表面已经制备出SiO2的Si衬底材料键合，得到Sisub/Si1‑xGex/Siepi/SiO2/Si结构的多层材料；③通过研磨加选择性腐蚀的方法，去掉Sisub，得到Si1‑xGex/Siepi/SiO2/Si结构的材料；④在700～1100℃温度下进行退火，在增加键合强度的同时使得Si1‑xGex材料发生弛豫；⑤最后继续采用化学气相沉积的方法，在Si1‑xGex外面外延一层Si层，该层将具有张应力，形成SGOI材料；方法B①首先在体硅衬底上使用化学气相沉积的方法依次外延Si1‑xGex、Siepi两种不同的薄膜，其中0＜x＜1；依据外延材料中x值的不同，选择外延的Si1‑xGex薄膜的厚度，使其小于临界厚度，同时Siepi的厚度小于Si1‑xGex层的厚度，外延完成后得到Siepi/Si1‑xGex/Sisub结构的多层材料，其中，Siepi为外延材料的上表面，Sisub为衬底硅材料；②将一定剂量的H+或者He+离子注入到Sisub中接近Si1‑xGex处；③然后同另一片表面已经制备出SiO2的Si衬底材料键合，形成Sisub/Si1‑xGex/Siepi/SiO2/Si结构的多层材料；④将步骤3所制得的材料在400～600℃温度下退火，使得材料在H+或者He+离子注入射程附近发生层分离，得到Sisub/Si1‑xGex/Siepi/SiO2/Si结构的材料；⑤选择合适的化学溶液，采用选择性腐蚀的方法，腐蚀掉剩余的Sisub，使腐蚀停止在Si1‑xGex材料上，即得到Si1‑xGex/Siepi/SiO2/Si材料；⑥接着在700～1100℃温度下进行退火，增加键合强度的同时使得Si1‑xGex 材料发生弛豫，；⑦最后继续采用化学气相沉积的方法，在Si1‑xGex外面外延一层Si层，该层将具有张应力，形成SGOI材料；方法B中所述的H+或He+离子注入的一定剂量为5×1016cm‑2～1×1017cm‑2；方法A和方法B中所述选择性腐蚀使用的是包括TMAH或KOH在内的化学溶液；方法A和方法B中所述的临界厚度随SiGe材料中Ge的组分的增加而减小，临界厚度与Ge组分x的关系是hc≈0.0234/(1+0.04x)2×ln(hc/4)。