利用氢植入改善热扩散制成之矽锗于绝缘体材料之材料性质

摘要

提供一种形成具有增强的松弛、显着低缺陷密度及改良表面品质之松弛矽锗于绝缘体基板之方法。此方法包含在第一单晶矽层之表面上形成一矽锗合金属。此第一单晶矽层与一下方抗拒锗扩散阻障层具有一界面。接下来，植入离子结构中，以形成允许在或靠近界面产生机械退耦之缺陷。之后，含有此植入离子之结构便接受一允许遍布在第一单晶矽层与矽锗层之锗内扩散的加热步骤，以在此阻障层顶部形成一实质松弛、单晶及均质的矽锗层。亦提供具有此改良性质之矽锗于绝缘体基板以及含有相同基板之异质结构。

主权项

1.一种制造一矽锗于绝缘体基板材料之方法,包含步骤:在一第一单晶矽层之一表面上形成一SixGe1-x层,其中x=0或为一小于1之数字,该第一单晶矽层与一下方抗拒锗扩散之阻障层具有一界面;植入离子于该些层,使得在或靠近该界面处形成允许机械退耦之缺陷;以及于一温度加热该些层,系允许该些层内应变松弛以及随后遍布该第一单晶矽层及SixGe1-x层之锗的内扩散,以在该阻障层的顶部形成一实质松弛的、单晶矽锗层。2.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该阻障层系一图案化阻障层。3.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该阻障层系一未图案化阻障层。4.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该阻障层包含结晶的或非结晶之氧化物,或是结晶的或非结晶的氮化物。5.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该阻障层系一图案化或未图案化之掩埋氧化物区域。6.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该SixGe1-x层系藉一磊晶成长制程而形成,系选自包含低压化学气相沉积、大气压化学气相沉积、超高真空化学气相沉积、分子光束磊晶及电浆增强化学气相沉积之所组成之族群。7.如申请专利范围第1项所述之方法,进一步包含在执行该加热步骤之前于该SixGe1-x层之顶部形成一矽帽层。8.如申请专利范围第7项所述之方法,其中该矽帽层包含磊晶矽(epi-Si)、非晶矽(a:Si)、单或多晶矽或其任何组合及多层。9.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该植入离子包含氢、重氢、氦、氧、氖或其混合物。10.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该植入离子系氢离子。11.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该植入的执行系使用一低于3E16原子/平方公分之离子浓度。12.如申请专利范围第10项所述之方法,其中该氢离子系以一从约1至约100keV之能量植入。13.如申请专利范围第1项所述之方法,其中在该加热步骤的过程中,形成一表面氧化层。14.如申请专利范围第13项所述之方法,进一步包含使用一湿式化学蚀刻程序或乾式蚀刻来移除该表面氧化层。15.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该形成、植入及加热步骤系重复任何次数。16.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该加热步骤于一包含至少一含氧气体之氧化环境下执行。17.如申请专利范围第16项所述之方法,其中该至少一含氧气体包含氧气、一氧化氮、一氧化二氮、蒸汽、臭氧、空气或其混合物。18.如申请专利范围第17项所述之方法,进一步包含一钝气,该钝气系使用来稀释该至少一含氧气体。19.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该加热步骤系在一从约900℃至约1350℃之温度下执行。20.如申请专利范围第19项所述之方法,其中加热步骤系在一从约1200℃至约1335℃之温度下执行。21.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该实质松弛矽锗层具有一约2000nm或更低之厚度。22.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该实质松弛矽锗层具有一约5*106或更低之缺陷密度。23.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该实质松弛矽锗层具有一约30%或更高之测量松弛値。24.如申请专利范围第1项所述之方法,进一步包含在该实质松弛矽锗层顶部生成一额外矽锗层。25.如申请专利范围第24项所述之方法,进一步包含在该额外矽锗层上形成一应变矽层。26.如申请专利范围第1项所述之方法,进一步包含在该实质松弛矽锗层顶部形成一应变矽层。27.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该第一个单晶矽层具有一约50nm或更低之厚度。28.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该加热步骤含有一独立的松弛退火及一独立的内扩散退火。29.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该植入系在一从约283K至约303K之温度下,使用一约0.01至约10微安培/平方公分之光束电流密度执行。30.一种基板材料,包含:一含矽基板;一绝缘区域,系抗拒锗扩散且在该含矽基板顶部;以及一实质松弛矽锗层,系在该绝缘区域顶部,其中该实质松弛矽锗层具有一约2000nm或更低之厚度、一约30%或更高之测量松弛値及一5*106或更低之缺陷密度。31.如申请专利范围第30项所述之基板材料,其中该绝缘区域系被图案化。32.如申请专利范围第30项所述之基板材料,其中该绝缘区域系未被图案化。33.如申请专利范围第30项所述之基板材料,其中该绝缘区域包含结晶的或非结晶的氧化物,或是结晶的或非结晶的氮化物。34.如申请专利范围第30项所述之基板材料,其中该绝缘区域系一图案化或未图案化之掩埋氧化物区域。35.一种异质结构,包含:一含矽基板;一绝缘区域,系抗拒锗扩散且在该含矽基板顶部;一实质松弛矽锗层,系在该绝缘区域顶部,其中该实质松弛矽锗层具有一约2000nm或更低之厚度、一约30%或更高之测量松弛値及一5*106或更低之缺陷密度;以及一应变矽层,系形成于该实质松弛矽锗层顶部。36.如申请专利范围第35项所述之异质结构,其中该绝缘区域被图案化。37.如申请专利范围第35项所述之异质结构,其中该绝缘区域未被图案化。38.如申请专利范围第35项所述之异质结构,其中该绝缘区域包含结晶的或非结晶的氧化物,或是结晶的或非结晶的氮化物。39.如申请专利范围第35项所述之异质结构,其中该绝缘区域阻障层系一图案化或未图案化之掩埋氧化物区域。40.如申请专利范围第35项所述之异质结构,其中松弛矽锗及矽之交替层系形成于该应变矽层顶部。41.如申请专利范围第40项所述之异质结构,其中该应变矽层系以一晶格不适化合物取代,系选自含有III/V族化合物半导体所组成之族群中。图式简单说明:图1A至1E系本发明中用以制造改良的SGOI基板材料之基本处理步骤的图示(经由横截面的角度)。在这些图中,初始基板含有一未图案化阻障层。图2A至2E系本发明中用以制造改良的SGOI基板材料之基本处理步骤的图示(经由横截面图的角度)。在这些图中,初始基板含有一图案化阻障层。图3A至3B系为图示(经由横截面图的角度),其显示本发明之另一个具体实例,在其中一矽帽层形成于一矽锗合金层上,而矽锗合金层系在一未图案化或图案化基板上形成。图4系为一控制的SGOI基板材料之一平面视野穿透式电子显微图(transmission electron micrograph, TEM)。图5系为一发明的SGOI基板材料之平面视野TEM。