用于在衬底的表面上沉积硅锗的应变松弛渐变缓冲层的方法与流程

本发明涉及一种用于在衬底的表面上沉积硅锗的应变松弛渐变缓冲层(或称作应变弛豫分级缓冲层)的方法，所述表面由硅构成，所述缓冲层具有直至最终含量的渐增的锗含量。

背景技术：

1、硅锗或简称sige为根据式si1-xgex(其中0<x<1)的包含硅和锗两者的半导体。因此，25％ ge的锗含量由式si0.75ge0.25表示。由于硅与硅锗之间的晶格失配，异质外延si1-xgex缓冲层在si衬底上有应变地(strained)生长，直至达到临界厚度，在该临界厚度处，应变能变得足够高，其有利于形成使外延层松弛并减小应变的失配位错(以及它们的相应穿行位错段，其穿透所述层的表面)。松弛的sige缓冲层可以用于在其上沉积应变硅，以用于制造具有改进性能的电子器件。松弛的sige缓冲层的质量很大程度上由穿行位错密度(tdd)确定。

2、wo 2004 084 268a2和us2007 0 077 734a1各自公开了一种用于在硅单晶结构上沉积外延含锗层的方法。

3、us2015 0 318 355a1公开了包括第一sige层和第二sige层的应变消除缓冲器的制造，其中第二sige层的tdd小于1×103/cm2。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于在衬底的表面上沉积硅锗的应变松弛渐变缓冲层的方法，该方法相对容易执行，并且提供获得相对低的tdd的途径。

2、提供了一种用于在衬底的表面上沉积硅锗的应变松弛渐变缓冲层的方法，所述表面由硅构成，并且所述缓冲层具有直至最终含量的渐增的锗含量，所述方法包括：

3、在不低于800℃的沉积温度下，在第一和第二阶段期间在所述衬底的表面上传导(或输送通过，conducting)gecl4和sih2cl2；

4、以小于10％ ge/μm的渐变速率(grade rate)生长缓冲层；以及

5、在第一阶段期间，以不小于0.1μm/min(微米/分钟)的生长速率生长所述缓冲层，并且在第二阶段期间，以小于0.1μm/min的生长速率生长所述缓冲层。

6、相关描述

7、以下考虑和发现有助于理解本发明。

8、失配位错的松弛(或弛豫)可通过以下两种机制实现，这两种机制以不同的方式影响最终的tdd：

9、(i)新位错环的成核和滑移；每个新环产生2个穿行位错，这增加了最终的tdd。

10、(ii)现有位错环的滑移和伸长；预先存在的环滑移并松弛缓冲层，tdd不增加。

11、具有低tdd的sige缓冲层具有低数量的半环，所述低数量的半环在缓冲层内远距离地滑移，从而形成长的失配位错段，而具有高tdd的缓冲层具有高数量的半环，所述高数量的半环仅具有短失配位错段。因此，最终的tdd是(i)和(ii)之间平衡(即，产生多少个半环以及这些半环能够不受阻碍地滑移多长距离)的结果。

12、两种机制(i)和(ii)的平衡在缓冲层生长的不同阶段具有不同的重要性。在缓冲层生长的早期阶段，缓冲层内不存在位错，新的环必须成核，以松弛缓冲层，因此(i)是主导机制。在继续渐变期间，优选的是，(ii)是主导机制，以接收低tdd。

13、因此，在缓冲层生长的两个阶段期间采用的生长条件必须单独优化，这是本发明的核心。在缓冲层生长的不同阶段中使用不同的生长速率，以产生松弛缓冲层的低最终tdd。

14、在沉积sige缓冲层的第一阶段期间，生长速率不小于0.1μm/min，而在第二阶段期间，生长速率小于0.1μm/min。优选地，生长速率在第一阶段期间不小于0.3μm/min且不大于0.6μm/min，并且在第二阶段期间不小于0.01μm/min且不大于0.095μm/min。

15、在沉积过程的第一阶段和第二阶段两者期间，就缓冲层的单位(或每)厚度锗含量的增加而言的渐变速率小于10％ ge/μm。

16、在第一阶段期间较高的生长速率确保了松弛过程的成核阶段中的最佳条件，这导致低的基部tdd。通过在第二阶段中采用非常低的生长速率和渐变速率，该tdd在继续渐变期间保持低位。

17、优选地，第一阶段在不迟于已经达到ge的最终含量的约1/3时结束。当已经达到ge的最终含量时，第二阶段结束。

18、根据本发明的一实施例，锗的最终含量不小于2％ ge且不大于90％ ge。根据一优选实施例，最终含量为25％ ge，并且当已经达到8％ge的含量时，第一阶段结束。

19、sige缓冲层通过使用cvd法(化学气相沉积)以gecl4和sih2cl2作为前体(或母体)气体并在不低于800℃的沉积温度下生长。

20、优选地，sige缓冲层沉积在硅单晶晶圆或soi晶圆(绝缘体上硅)的表面上。

21、通过参考附图和示例进一步解释本发明。

技术特征：

1.一种用于在衬底的表面上沉积硅锗的应变松弛渐变缓冲层的方法，所述表面由硅构成，并且所述缓冲层具有直至最终含量的渐增的锗含量，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一阶段不迟于已经达到锗的最终含量的约1/3时结束。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，锗的最终含量不小于2％ge且不大于90％ge。

4.如权利要求1至3之一所述的方法，其中，所述缓冲层通过化学气相沉积来沉积。

5.如权利要求1至4之一所述的方法，其中，所述缓冲层生长于硅单晶晶圆上或soi晶圆上。

技术总结一种用于在衬底的表面上沉积硅锗的应变松弛渐变缓冲层的方法，所述表面由硅构成，并且所述缓冲层具有直至最终含量的渐增的锗含量，所述方法包括：在不低于800℃的沉积温度下，在第一和第二阶段期间在所述衬底的表面上传导GeCl<subgt;4</subgt;和SiH<subgt;2</subgt;Cl<subgt;2</subgt;；以小于10％Ge/μm的渐变速率生长缓冲层；以及在第一阶段期间以不小于0.1μm/min的生长速率生长所述缓冲层，并且在第二阶段期间以小于0.1μm/min的生长速率生长所述缓冲层。技术研发人员：L·贝克尔,P·施托克受保护的技术使用者：硅电子股份公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12