CN102751184A - 一种降低Si表面粗糙度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种降低Si表面粗糙度的方法，属于半导体领域，包括步骤：首先提供一至少包括Si_xGe_1-x层以及结合于其表面的Si层的层叠结构，采用选择性腐蚀或机械化学抛光法去除所述Si_xGe_1-x层，获得具有残留Si_xGe_1-x材料的Si层粗糙表面，然后采用质量比为1∶3~6∶10~20的NH₄OH:H₂O₂:H₂O溶液对所述Si层粗糙表面进行处理，去除所述残留Si_xGe_1-x材料，以获得光洁的Si层表面。本发明可以有效降低去除应变硅表面的Si_xGe_1-x材料残余，降低应变硅表面的粗糙度，获得光洁的应变硅表面，为后续的器件制造工艺带来了极大的便利。本发明工艺简单，适用于工业生产。

Description

一种降低Si表面粗糙度的方法

技术领域

本发明属于半导体领域，特别是涉及一种降低Si表面粗糙度的方法。

背景技术

根据国际半导体产业发展蓝图（ITRS2009）的规划，集成电路已经逐步从微电子时代发展到了微纳米电子时代，现有的体硅材料和工艺正接近它们的物理极限，遇到了严峻的挑战。SOI已成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。SOI（Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅）技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势。

从材料角度来说，我们需要从传统的单晶硅材料拓展到新一代硅基材料。应变硅由于其高迁移率而受到广泛关注。目前制备高应变度、低缺陷密度的应变硅以及sSOI（绝缘体上的应变硅）主要采用SiGe作为缓冲层以及提供应力的来源。制备sSOI时，通过Ion Cut技术转移应变硅层以及其上层的SiGe层，通过CMP（化学机械抛光）或者选择性化学腐蚀的方法去除SiGe层后，就可以得到sSOI。

通过CMP或者选择性化学腐蚀的方法去除SiGe层后，在应变硅的表面会残留尖刺状或者块状或者不连续层状的SiGe，使得应变硅层含有Ge金属，并且表面粗糙度大，对后续的工艺带来致命的影响。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种降低Si表面粗糙度的方法，用于解决现有技术中通过CMP或者选择性化学腐蚀的方法去除SiGe层后，应变硅表面粗糙度大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种降低Si表面粗糙度的方法，所述方法至少包括以下步骤：1）提供一至少包括Si_xGe_1-x层以及结合于其表面的Si层的层叠结构，采用选择性腐蚀或机械化学抛光法去除所述Si_xGe_1-x层，获得具有残留Si_xGe_1-x材料的Si层粗糙表面，其中，0<x<1；2）采用质量比为1∶3~6∶10~20的NH₄OH:H₂O₂:H₂O溶液对所述Si层粗糙表面进行处理，去除所述残留Si_xGe_1-x材料，以获得光洁的Si层表面。

在本发明的降低Si表面粗糙度的方法中，所述Si_xGe_1-x层为弛豫的Si_xGe_1-x层。

在本发明的降低Si表面粗糙度的方法中，所述Si层为应变的Si层。

作为本发明的降低Si表面粗糙度的方法的一种优选方案，所述NH₄OH:H₂O₂:H₂O溶液的质量比为1∶5~6∶10～12。

在本发明的降低Si表面粗糙度的方法所述步骤2）中，对所述Si层粗糙表面进行处理的时间为5~60min。

优选地，所述步骤2）中，对所述Si层粗糙表面进行处理的时间为10~30min。

在本发明的降低Si表面粗糙度的方法所述步骤2）中，对所述Si层粗糙表面进行处理的温度为40～100℃。

优选地，所述步骤2）中，对所述Si层粗糙表面进行处理的温度为50~80℃。

如上所述，本发明的降低Si表面粗糙度的方法，具有以下有益效果：首先提供一至少包括Si_xGe_1-x层以及结合于其表面的Si层的层叠结构，采用选择性腐蚀或机械化学抛光法去除所述Si_xGe_1-x层，获得具有残留Si_xGe_1-x材料的Si层粗糙表面，然后采用质量比为1∶3~6∶10~20的NH₄OH:H₂O₂:H₂O溶液对所述Si层粗糙表面进行处理，去除所述残留Si_xGe_1-x材料，以获得光洁的Si层表面。本发明可以有效降低去除应变硅表面的Si_xGe_1-x材料残余，降低应变硅表面的粗糙度，获得光洁的应变硅表面，为后续的器件制造工艺带来了极大的便利。本发明工艺简单，适用于工业生产。

附图说明

图1~图2显示为本发明的降低Si表面粗糙度的方法步骤1）所呈现的结构示意图。

图3显示为本发明的降低Si表面粗糙度的方法步骤2）所呈现的结构示意图。

图4~图9为本发明的降低Si表面粗糙度的方法一个具体实施过程所呈现的结构示意图。

元件标号说明

101        第一硅衬底

102        Si_xGe_1-x层

103        Si层

104        氧化层

105        第二硅衬底

106        残留Si_xGe_1-x材料

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1~图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1~图9所示，本实施例提供一种降低Si表面粗糙度的方法，所述方法至少包括以下步骤：

如图1~图2所示，首先进行步骤1），提供一至少包括Si_xGe_1-x层102以及结合于其表面的Si层103的层叠结构，采用选择性腐蚀或机械化学抛光法去除所述Si_xGe_1-x层102，获得具有残留Si_xGe_1-x材料106的Si层103粗糙表面，其中，0<x<1。所述的残留Si_xGe_1-x材料106为尖刺状、块状或者不连续层状的Si_xGe_1-x材料。

如图3所示，然后进行步骤2），采用质量比为1∶3~6∶10~20的NH₄OH:H₂O₂:H₂O溶液对所述Si层103粗糙表面进行处理，去除所述残留SixGe1-x材料106，以获得光洁的Si层103表面。

在本实施例中，所述Si_xGe_1-x层102为弛豫的Si_xGe_1-x层102。所述Si层103为应变的Si层103。

优选地，所述NH₄OH:H₂O₂:H₂O溶液的质量比为1∶5~6∶10～12。

所述步骤2）中，对所述Si层103粗糙表面进行处理的时间为5~60min。优选地，对所述Si层103粗糙表面进行处理的时间为10~30min。

所述步骤2）中，对所述Si层103粗糙表面进行处理的温度为40~100℃。优选地，对所述Si层103粗糙表面进行处理的温度为50~80℃。

一个具体的实施过程如图4~图9所示，包括步骤：

如图4~图6所示，首先提供一第一硅衬底101，于所述第一硅衬底101表面形成弛豫的Si_xGe_1-x层102，所述弛豫的Si_xGe_1-x层102的制作方法是，于所述第一硅衬底101表面形成Si_xGe_1-x层102，从所述Si_xGe_1-x层102表面将H或He离子注入至所述硅衬底，最后通过快速退火使所述Si_xGe_1-x层102产生弛豫。当然，也可以通过化学气相沉积法，通过线性增加Ge组分的方法制备弛豫的Si_xGe_1-x层102，具体地，于所述第一硅衬底101表面形成Ge组分x从95%线性减少到70%的Si_xGe_1-x层102，即所述Si_xGe_1-x层102最下面一层为Si_0.95Ge_0.05，中间Ge的组分逐渐增加直至最上面一层为Si_0.3Ge_0.7，以形成弛豫的Si_xGe_1-x层102。当然，在其它的实施过程中，也可以采用其它的方法制备所述的弛豫的Si_xGe_1-x层102。然后通过化学气相沉积法于所述弛豫的Si_xGe_1-x层102表面沉积应变的Si层103，其中，所述应变的Si层103的厚度小于其临界厚度。需要进一步说明的是，晶体薄膜只要生长在与其晶格不匹配（晶格常数或者热膨胀系数不同）的衬底上面时，如果保持外延薄膜面内晶格参数与衬底的相同，其中就一定存在应变；随着生长薄膜厚度的增大，外延薄膜中积累的应力也增大，当达到一定的程度就会在界面处产生失配位错，从而使得顶层Si层103产生穿透位错，使得外延层晶体质量恶化。因此，为了保存外延薄膜中的应变，不致因产生位错而得到释放，薄膜的厚度就应当小于某一个临界值，这个临界值就是临界厚度。外延薄膜的组分不同，下面的衬底种类不同，薄膜的应变也都将相应有所不同，从而其临界厚度也就不一样。材料临界厚度的确定属于本领域技术人员的公知常识，在这不做详尽的介绍。

如图7所示，接着提供一表面结合有氧化层104的第二硅衬底105，并键合所述氧化层104及所述应变Si层103。

如图8所示，接着采用智能剥离技术或研磨工艺去除所述第一硅衬底101，然后采用选择性腐蚀技术或CMP工艺去除所述弛豫的Si_xGe_1-x层102，获得具有残留Si_xGe_1-x材料106的应变的Si层103粗糙表面，所述的残留Si_xGe_1-x材料106为尖刺状、块状或者不连续层状的Si_xGe_1-x材料。

如图9所示，最后采用质量比为1∶3~6∶10~20的NH₄OH:H₂O₂:H₂O溶液对所述Si层103粗糙表面进行处理，去除所述残留Si_xGe_1-x材料106，以获得光洁的Si层103表面。在本实施过程中，采用质量比为1∶6∶10的NH₄OH:H₂O₂:H₂O溶液于50~80℃的的温度下处理10~30min，具体为12min，以去除所述残留Si_xGe_1-x材料106，获得光洁的Si层103表面。

综上所述，本发明的降低Si表面粗糙度的方法，首先提供一至少包括Si_xGe_1-x层102以及结合于其表面的Si层103的层叠结构，采用选择性腐蚀或机械化学抛光法去除所述Si_xGe_1-x层102，获得具有残留Si_xGe_1-x材料106的Si层103粗糙表面，然后采用质量比为1∶3~6∶10~20的NH₄OH:H₂O₂:H₂O溶液对所述Si层103粗糙表面进行处理，去除所述残留Si_xGe_1-x材料106，以获得光洁的Si层103表面。本发明可以有效降低去除应变硅表面的Si_xGe_1-x材料残余，降低应变硅表面的粗糙度，获得光洁的应变硅表面，为后续的器件制造工艺带来了极大的便利。本发明工艺简单，适用于工业生产。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种降低Si表面粗糙度的方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：

1）提供一至少包括Si_xGe_1-x层以及结合于其表面的Si层的层叠结构，采用选择性腐蚀或机械化学抛光法去除所述Si_xGe_1-x层，获得具有残留Si_xGe_1-x材料的Si层粗糙表面，其中，0<x<1；

2）采用质量比为1∶3~6∶10~20的NH₄OH:H₂O₂:H₂O溶液对所述Si层粗糙表面进行处理，去除所述残留Si_xGe_1-x材料，以获得光洁的Si层表面。

2.根据权利要求1所述的降低Si表面粗糙度的方法，其特征在于：所述Si_xGe_1-x层为弛豫的Si_xGe_1-x层。

3.根据权利要求1所述的降低Si表面粗糙度的方法，其特征在于：所述Si层为应变的Si层。

4.根据权利要求1所述的降低Si表面粗糙度的方法，其特征在于：所述NH₄OH:H₂O₂:H₂O溶液的质量比为1∶5~6∶10~12。

5.根据权利要求1所述的降低Si表面粗糙度的方法，其特征在于：所述步骤2）中，对所述Si层粗糙表面进行处理的时间为5~60min。

6.根据权利要求5所述的降低Si表面粗糙度的方法，其特征在于：所述步骤2）中，对所述Si层粗糙表面进行处理的时间为10~30min。

7.根据权利要求1所述的降低Si表面粗糙度的方法，其特征在于：所述步骤2）中，对所述Si层粗糙表面进行处理的温度为40~100℃。

8.根据权利要求7所述的降低Si表面粗糙度的方法，其特征在于：所述步骤2）中，对所述Si层粗糙表面进行处理的温度为50~80℃。

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