TWI304622B - Use of thin soi to inhibit relaxation of sige layers - Google Patents

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TWI304622B
TWI304622B TW093126077A TW93126077A TWI304622B TW I304622 B TWI304622 B TW I304622B TW 093126077 A TW093126077 A TW 093126077A TW 93126077 A TW93126077 A TW 93126077A TW I304622 B TWI304622 B TW I304622B
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Stephen W Bedell
Huajie Chen
Keith E Fogel
Devendra K Sadana
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Description

130^33——— $年α月丨日❾曼)正替換頁 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】， r · · 本發明係有關於二種製造絕緣層上覆石夕鍺層 (SiGe-on-insulators，SGOI))基板材料上的方法，更特定地 係有關於一種製造絕緣層上覆矽鍺層基板材料的方法，其 中該矽鍺合金層是亞穩的（metastable)，但極能抗舒缓。本 發明亦有關於使用本發明的方法所製造之絕緣層上覆石夕鍺 層基板材料。 【先前技術】 在半導體工業中，最近有相當高程度之使用拉緊的之 以石夕為基礎的異質結構（heterostructure)的活動來達到用 於互補式金氧半導體（CM0S)應用上之高遷移率結構。在此 等異質結構中，拉緊的矽典型地被形成在一被舒緩的矽鍺 合金層上。 金層出現舒緩放鬆現象 。比關鍵厚度厚之拉緊的矽鍺合金
亞穩的-拉緊的矽鍺層可以是沒有瑕疵的，如果生長條 當一矽鍺合金層的厚度超過在具有一給定鍺濃度之該 合金應有的特定值（一般稱為關鍵厚度）時，會使該矽鍺合 件被正確地選擇的話。詳言之 瑕疵形成所造成的舒緩幾 3 1304622 乎都是發生在該拉緊的物錯界面處的局部微小的瑕戚 位置上。當該生長表面被自動清潔且沒有瑕疵存在時，亞 穩的矽鍺層的生長會相當成功。當一亞穩的矽鍺層被生長 之後，如果m等層在一夠高的溫度下被退火的話，該亞穩 的矽鍺層就會被舒緩。不適合錯位的成核及生長率與溫度 有很大的關連性。瑕疵製造及生長所造成的舒緩會一直進 行直到：1)在该膜層中沒有足夠的應力能量來產生另一錯 位（dislocation)，及2)既有的錯位變成被固定住，或被某 些其它機制包圍住，為止。 上述亞穩的、拉緊的矽鍺層的物理特性限制了哪些最 初的矽鍺層可用於製造絕緣層上覆矽鍺層（3(}〇1)基板材料 的熱混合方法中。該熱混合方法被揭示在2〇〇2年一月23 曰提申，名稱為”Method to Create High-Quality
SiGe-On-Insulator for Strained Si c〇MS Application，，的 美國專利申請案第1 0/055，138號中。 如果一熱動力穩定的矽鍺層被長在一絕緣層上覆矽層 (soi)基板上且接下來在高溫下（約12〇〇它或更高）被氧化 的話’則所形成之最終的SG0I物質將大致上保持完全地 拉緊。這是因為可以釋放基板上應力的唯一機制是透過瑕 疵；及因為沒有足夠的應力能量來形成瑕疵，所以沒有舒 緩發生。如果一亞穩的矽鍺層被長在一 S 〇丨基板上且在高 溫被氧化的話，則該矽鍺層將傾向於會朝向相對於該殘留 矽鍺膜層應力的一最小膜層能量狀況及晶格舒緩（藉由瑕 庇的產生）來發展。在某些應用中，形成保有完全拉緊的 4 屮年^月 f3#(楚Κ::.;乂>1 (即，沒有舒緩的）SGOI，而不是一舒緩的矽鍺層，是較有 利的。 有繼於上述，完全拉緊之絕緣層上覆矽鍺層的製造似 乎只能使用熱動力穩定的矽鍺層來實施。然而，此一方法 對於一錯濃度已定者而言其總S G ΟI層的厚度會有所限制。 除了此技藝目前的現況之外，就申請人所知並沒有關 於產生一其上的矽鍺層為亞穩的矽鍺層但非常抗舒緩之，， 破壞的” s GΟI”層的任何進行中之相關努力。 【發明内容】 本案發明人已知道當高品質’亞穩的矽鍺合金被形成 在具有約5 0 0埃或更小的s ΟI層之S ΟI基板上時，與形成 在較厚的基板上之相同的矽鍺層相較下，該等矽鍺層可保 持大致完全地拉緊且依序地在高溫下被退火及/或氧化。本 發明因此提供一種方法，其藉由將亞穩的、拉緊的矽鍺層 長在薄的’乾淨的及高品質的SOI基板上來，破壞 (frustrating)’該等亞穩的、拉緊的矽鍺層。 々方法的應用有：1)在一已定的基板表面上之矽鍺的 選擇I*生舒緩’或2)具有完全拉緊的sg〇I，其中矽鍺的厚 度大於已定的鍺成份之關鍵值。在上述的應用丨）中，吾 . 植入離子於該薄的碎層的方法來產生錯位 (dlSl〇eatlQn) ’其會容許舒緩發生在實施離子植人的地區。 廣我而吕’本發明的方法（在製造高品質亞穩的絕緣層 覆夕鍺層很有用）包含以下的步驟： 13 〇4622 形成一含鍺層於一頂部含矽層的表面上， 有約5 00埃或更小的厚度且位在—可抗鍺擴 上；及 在一可讓鍺擴散穿過該頂部含矽層及該含 下加熱這些層，藉以形成一亞穩的矽鍺層於該 其矽鍺層可抗舒緩。 使用本發明的方法形成之亞穩的、拉緊的 鍺層可以是一連續層，其可出現在整的基板之 以一圖案區的形式出現在該基板之上。 本發明亦提供一絕緣層上覆矽鍺層基板材 用上述的處理步驟所形成的。詳言之，本發明 包含一含矽基板，一出現在該含矽基板之上可 絕緣區，及一出現在該絕緣區之上可抗舒緩之 層。 【實施方式】 本發明提供-種製造高品質，大致亞穩 層可抗舒緩之絕緣層上覆㈣層基板材料的 由參照至*案的附圖力口以詳細說明。在這些 或相對應的元件被椤ιν ^ ^ ^以相同的編號。 首先參照第U万。λ门 八及2Α圖，其顯示可使用 初始的基板材料。謀上、 叶吕又，示於第1Α及2Α 基板材料每一者都句4 包括含矽半導體基板1〇, 可抗鍺的擴散（下之由4 ^ 人中被稱為，，阻障層”）且出 該含矽層具 散之阻障層 鍺層的溫度 阻障層上， 單結晶層石夕 上，或其可 料，其係使 的基板材料 抗鍺擴散之 亞穩的矽鍺 其上的矽鍺 法，現將藉 中’相同及/ 本發明中之 中之初始的 L障層1 2其 在該含;5夕半
導體基板1 0的一表面之卜男一 π、 ’ 及頂邓含矽層14其出現在該 隊陳層12之上。兩個初始基板材料之間的差異在於，在第 1Α“，阻障層12是不中斷地連續出現在整個結構中， 而在第2 Α圖中，阻障屉 Θ 、 、 ^ '疋以分離的區域及島狀區域 出現’其被半導體材料，即層1 „ ρ丨償i υ及i 4，所包圍。應注意 的是，不於第1 A «中的初始結構包括一沒有被圖案化的 P且障層’而示於第2A B中的初始結構則包括一被圖案化 的p且障層。 不論該阻障層是有圖案化或是沒有圖案化，該初始結 構都可以是一傳統的絕緣層上覆矽層（8()1)基板材料，其中 麁域1 2為一被埋設的氧化物區其將該頂部含矽層1 4與該 含矽的半導體基板1 〇電絕緣地隔開來。該頂部含矽層1 4 吁被稱為該S 01層。本文中所用之，，含矽，，一詞係指至少包 含矽之單晶半導體材料。舉例性的例子包括，但不侷限 於，：Si，SiGe，SiC，SiGeC，Si/Si，Si/SiC，Si/SiGeC， 及預先形成的絕緣層上覆矽層（SOI)，其可包含人何數量之 埋設的氧化物區（連續的，不連續的或連續與不連續的混合） 於其内。 該 SOI基板可使用熟習此技所習知之傳統的 SIM〇X(藉由氧離子植入來分離）處理，以及在2001年五月 21日提申的美國專利申請案第09/86 1，593號；200 1年五 月21曰提申的美國專利申請案第09/86 1,594號；200 1年 五月21日提申的美國專利申請案第〇9/861，590號；200 1 年五月21曰提申的美國專利申請案第09/86 1，5 96號；2001 7 年六月19日提申的美國專利申請案第09/884,670號；及 授予Sadana等人之美國專利第5,93 0,634號中提到之不同 的SIM〇X處理來製成，這些專利案的内容藉有此參照而 被併於本文中。應注意的是，揭示在，590號申請案中的處 理可被使用在本文中用以製造示於第2A圖中之圖案化的 基板。或者，該SOI基板材料可使用其它傳統的處理，包 括熱黏合或層轉移處理，來製造。 除了 SOI基板材料之外’示於第1A圖及2A圖中的初 始基板可以是一非SOI基板，其是由使用傳統的沉積處理 以及微影及蝕刻（當製造一圖案化的基板時才用）製成的。 詳T之’當非s 01基板被使用時，該初始結構是利用傳統 的沉積，熱生長處理或原子層沉積（ALD)等來沉積—結晶 鍺擴散阻障層於一含矽基板的一表面之上；或者使用傳統 圖案·’及使用傳統的沉積 電漿輔助的CVD，濺鍍， 長等，來形成一含矽層於 的微影及蝕刻來將該阻障層形成 處理，包括化學氣相沉積（CVD)， 蒸發，化學溶液沉積或附生矽生 該阻障層之上。 'l-f- 1 2包含可 鍺擴散的任何絕緣物質。此絕緣且抗鍺擴散的物質的 包括，但不侷限於·晶型或非晶型之氧化物或氮化物 依據本發明，該初始結構的頂部含碎層丨4是一相 的層。在本文中所用之”相當薄，，一詞係指一具=約$ 或更小的厚度之頂部含矽層，其中厚度在約1〇至約 埃之間是更佳的。該薄的頂部含矽層丨4可藉由切割， 8 1304622
地選擇植入條杜 之以平坦仆^ 當地選擇沉積條件，蝕刻，厚SOI層 y 2氧化為基礎的薄型化，來獲得。 、 障層12 (即，鍺擴散阻障芦）且有 1 000夺米 、狀1丨罕層）具有一從約1至約 更佳的。^其度，而在約20至約200奈米之間的厚度是 不是關鍵的部i板層’即層1G’的厚度料本發明而言並 層1:之l''2B圖顯示在含鍺層16被形成在該頂部含矽 二广上〈後的結構。該含鍺層16可由純鍺層或矽鍺合 I曰來構成。，，矽鍺合金，，一詞包括含有高達99·99原子百 刀比的鍺的矽鍺合金，其中在該合金中鍺的含量是在約0」 至約 99.9 ys J2. _、 .、 百为比的範圍内。更佳的是，使用在本發明 中之邊矽鍺合金具有約1 〇至約3 5原子百分比的鍺。 依據本發明’該含鍺層1 6係使用熟習此技藝者所習知 王长—亞穩的且無瑕疵（即，無不適合及位錯）之矽鍺 口金層或純鍺層之任何傳統的磊晶（epitaxial)生長方法來 形成在第一含矽層1 4之上。可生長一亞穩的且無瑕疵的膜 層之此等嘉晶生長處理的舉例性例子包括，但不侷限於： 低壓化學氣相沉積（LPCvd)，超高真空化學氣相沉積 (UHVCVD)，大氣壓化學氣相沉積（APCVD)，分子束（MBE) 磊晶（epitaxy)，及電漿強化的化學氣相沉積（PECVD)。 在本發明的此處形成的含鍺層1 6的厚度可改變，但典 型地，層16具有一從約1〇至約500奈米的厚度，而厚度 從20至200奈米是更佳的。 在第3A-3B圖所示之本發明的另一實施例中，在實施 9 462a 本發明的加為步〜 < 前，一非必要的蓋層丨8被形成在該含 16之上。使用在本發明中之該#必要的蓋層18包含 錯層 ，、热开# $ 〜孤w 任何矽物質，包括但不侷限 · 升曰别放 j 1良於·磊晶矽（epi-Si)，非晶型矽 (a: S i)，單晶或多晶型石夕式亡x ^ . ^ ) 4匕們的任何組合，包括複數層在 内。在一較佳的實施例中，兮_ ^ n ^ . άΛ f τ 碌盍層是由磊晶矽構成的。應 注意的是，層16及18可, ^ ^ ^ -Γ rb ^ 在同一反應室中被形成亦可在不 同的範應室中被形成。 當有该非必要的盍層！ 8時，該非必要的蓋層i 8具有 —範圍在約1至約100奈米之間的厚度，而厚度在約！至 約3 0奈米之間是更佳的。访 邊非必要的蓋層1 8係使用任何 習知的沉積處理來形成，句紅L ^ 匕括上又中提到的磊晶生長處理。 在本發明的一實施例中，b 1 ，瑕好是形成一厚度在約1至 約500奈米之間之純的鍺層或發錯合金（i5i 2〇原子百分 比的緒）層於一含珍層的表面上，之後形成一厚度在約1 至約100奈米之間的矽蓋層於該含鍺層之上。 在形成該含鍺層16(及非必要的蓋層18)於該初始結 構之上之後，示於第IB，2B，3A或3B圖中的結構在一 可讓鍺擴散穿過該頂部含矽層1 4，該含鍺層1 6及該非必 要的矽蓋層1 8 (如果有的化）的溫度下被加熱（即，退火）， 藉以形成一可高度抵抗舒緩之大致亞穩的，單晶型碎鍺層 20於該阻障層之上。在加熱步驟期間，一表面氧化物層22 被形成在該碎鍺層20之上。該表面氧化物層22典型地， 但不一定都會，在加熱步驟之後利用傳統的濕式蝕刻處理 而從該結構上被去除掉，在該濕式處理中會使用一與去除 10 nme22 %手’2月f ϋ#(楚.)正替換頁 石夕鍺比較起來對於去除氧化物有高度選擇性之 劑，像是HF。第1 c及2C圖顯示在加熱步驟已 後所形成的結構。 應注意的是，當表面氧化物層22被去除掉夫 晶型的矽層可被形成在層20之上且本發明的上 騾可被重復任何次數，$以製造-多層的亞穩矽 料。 . 在本發明的加熱步騾之後形成的表面氧化物 有不疋固足的厚度’其範圍在約1 〇至約1 〇 〇 〇 — 而該厚度範圍在約2〇至約5〇〇奈米之間是更佳以 詳言之，本發明的加熱步驟為一退火步驟， 9 0 0 C至、’力1 3 5 0 c的溫度下實施，而該溫度範圍 至約1 3 3 5 °C之間為更佳。又，本發明的加熱步驟 化環境下實施的，該氧化環境包括至少一含氧 02, NO, N2〇，臭氧，空氣及其它含氧氣體。該 可彼此混合（如將相混合），或該氣體可用鈍氣，^ 氬，氪’氤，或氮氣，加以稀釋。 本發明的加熱步驟實施的時間長度是可變動 圍是在約10分鐘至約180分鐘之間，而該時間 60至约600分鐘之間是更佳的。該加熱步驟可在 標溫度下貫施，或可在使用不同的陡升速率及浸 產生的不同陡升與浸泡循環中實施。 該加熱步驟是在一氧化氛圍中實施用以產生 化物層22，該表面氧化物層的作用為一鍺原子擴 化學蝕刻 被實施之 •後，一單 逑處理步 錯基板材 層22具 备米之間’ i ° 其是在约 在 1200。。 是在一氧 氣體，如 含氧氣體 於氦，氖， 的，其範 長度在约 一單一目 泡時間所 一表面氧 散的卩且障 1304622 丨_ ___ » ;* -!小| 層。因此，當該氧化物層被形成在該結構的表面上 即被包圍在阻障層1 2與表面氧化物層2 2之間。當 化物層的厚度增加時，鍺即更為均勻地分布在整個 1 6及非必要的層1 8上’當鍺持續地且有效地被防 氧化物層。因此，當這些（已均質化的）層於此加熱 被薄型化時，相對的鍺比例就會提高。當該加熱步 經過稀釋的含氧氣體下於約1200°C至約1 320°C下 時，有效的熱混合可在本發明中被達成。 在本文中亦可使用一定製的熱循環，其係根據 層的熔點來設計的。在此一情形中，該溫度被調整 矽鍺層的熔點。此處理被揭示在2 0 0 3年五月3 0日 讓渡給本案申請人之共同繫屬中的美國專利申 1 0/44 8,948號中，該申請案的内容藉由此參照而被 案中。 如果該氧化發生的太快的話，則鍺擴散離開該 矽鍺界面的速度就不夠快且其不是被傳送穿過該 (且被失去），就是鍺在界面的濃度高到使得該合金 度會被達到。 —發明又孩加熱步驟的角色是要讓鍺原子更 政猎以在退活 —、、 、巧保持一均質的分布。在此加熱 貫施之後，該結播 匕括—均勻的且大致亞穩的矽 20’其被夾在阻障声 t q 12與表面虱化物層22之 ί刀始的含矽層很薄，、 斤以被形成的石夕鍺合全展古 不能舒緩，因為m 筇口金層破 一、4輕應力錯位的成核及生長有 時，鍺 表面氧 層14， 止侵蚀 步驟中 驟在一 被實施 該矽鍺 接近該 提申且 請案第 併於本 氣化物/ 氧化物 熔化溫 速地擴 驟已被 合金層 因為該 因為它 的機制 12 13 04622 已經改變。該大致亞穩的矽鍺層之測得的舒緩值是使用較 厚的啟始SOI層（大於500埃）所形成之類似的矽鍺層的舒 緩值的…5%之間。更典型地，該大致亞穩的珍錯層之 測得的舒緩值是使用較厚的啟始s〇I層（大於5⑽埃）所形 成之類似的矽鍺層的舒緩值的5 i 5〇%之間；對舒緩的抿 抗性為該S〇I厚度的函數，其被示於第5圖中。 _ 依據本發明，該石夕换爲1 、鍺層2〇具有約2000奈米或更小 厚度，其中該厚度介於％ 1Λ 勺 於约10至約1〇〇奈米之間是更佳的 應注意的是形成在本發明士 又住的。 '杜+ ¾明中的矽鍺層20是薄的。 形成在本發明中沾^ 、邊碎緒層20具有一介於約 99.9原子百分比之間 ]u.l至约 ..^ ^ 、取、”鍺含量，而該鍺含量介於約1 〇 至約3 5原子百分比之 J 10 . . & 4. g 間疋更佳的。該矽鍺層20的另—
徵為其為一拉緊的層。 W 如上所逑，％矣& & 氣化物層22在本發明的時間％ $ 除掉，用以提供如第1D 于間名被詞 « ^ , 或2 D圖中所示的絕緣層上覆石々a 層基板物材料（舞、诂土， 目工復矽鍺 ^ βτ p ^ ^ m "思、，該基板材料並不包括該蓋層因A 2、 盍層已被使用在矽鍺 曰口為舔 仏吟鳍層的形成中）。 在本發明的某此實 甘士、、a a —耳施例中，可能可形成一基板材姐 其中茲矽鍺層的一此 低何枓， 、 二巧分是大致被舒缓的且該矽鍺眉认# 它邵分則是大致亞获^ /歸冷的其 %、勺且拉緊的。此一實施例被+ 4Α·4Β圖中。在此實施^ 貫w皮-於第
Tg ^ A I施例中，離子於退火之前被植入 頂邵含矽層1 4的预令、 v到舔 ^ . . ^ ^疋部分中。詳言之，於該初始的紝^ 形成孩含鍺層丨6之接 、、構上 更，該結構接著接受一離子植入步 其中可於孩頂部厶教 夕％， " ㈢1 4或靠近該頂部含矽層1 4與該八 13 和年月丨日修(楚)正替換頁 鍺層 的離子。幾乎任何離+ 4 h把減輕應力之瑕疵 鄱可被用來形忐七4 應力的瑕疵，因為錯位可〃少y风或成核該等可減輕 核，如空的叢集，點瑕^ / 大的範園的結晶雜質成 該植入可用-位在該結構i片k *及泡泡或氣隙瑕戚。 植入罩幕來實施。 ' 面上或離該結構些許距離的
在植入步驟之後的結構被.示於“A 的蓋層）。在此圖中，椤％ ( /又有非义要 f Ψ 17^ τ I 係指離子植入步驟形成的瑕 疵區及fe唬1 7係指介於兮 …… 邵含硬層14與該含鍺層16 界：。卿藉由容許減輕應力的瑕戚形成或成核 與…在""些區域中而解決了在該含鍺層/含珍層雙層中 的瑕戚產生。 走離子的植入條件被加以選擇用以將離子高峰濃 度放在該含矽層14中或靠近該含矽I 14。較佳的離子為 <與CM〇S製造相容的離子：Η，B，N，0，Si，P，Ge， As ’或任何鈍氣離子。使用在本發明中之離子例為氫離子 (H ) °應 >王意的是，其它種類的氫，如h2+，亦可被使用 在本發明中。 本發明的植入步騾是在室溫，如約283K至約3 03K， 下使用一密度在約0.01至約10 // m/cm2的電子束流密度來 實施。在不同的溫度及/或使用不同的電子束流密度下的植 入會造成瑕疵的形成。 用在形成小片瑕疵中之植入物的濃度可隨著所用的植 入物質的種類而改變。然而，典型地被使用在本發明的此 14 1304622
步驟中之被植入的離子(H)的濃度低# 3χΐ〇ΐ6/⑽2,其中約 1x10 /cm至约2 99xl〇16/cm2是更佳的。此植入的能量亦 可隨著待植人的離子種類而改變，其中該植人能量必需能 夠將離子放人到層14中或接近層14與16之間的界㈣ 近。例如’當氫被用作為植入離子時，用來確保瑕疵形成 在層1 4内或接近層丨4與丨6之間的界面的能量是從約1 v 至約lOOkeV，而從約3keV至約2〇keV是更佳的。 在植入步驟之後，及如果之前沒有被形成在該結構上 的括則該非必要的蓋層可被形成在含鍺合金層之上。接下 來’該已被植入的結構用上文提及的條件進行加熱，即退 火。第4B圖顯示在該退火步驟之後的結構。在此圖中， 該氧化物層已被去除掉。該大致亞穩且拉緊的矽鍺部分被 標記為標號2 0，而接受到上述的離子植入之被舒緩的矽鍺 部分被標記為標號2 3。該被舒緩的矽鍺區2 3之測得的舒 緩值為使用較厚的（大於5 0 0埃）啟始s ΟI層1 4，沒有離子 植入所形成之具有相同的層厚度及鍺濃度之矽鍺層測得的 舒緩值的90%至110%。該被舒緩的矽鍺區23具有的舒緩 值大於100%之相同矽鍺層的舒緩值是因為經過離子植入 之拉緊的層由於該瑕疵成核的隨機本質而會更有效率地舒 緩。 一梦層可使用熟習此技藝者習知之傳統的暴晶沉積處 理而被形成在該（經過舒緩及/或亞穩的）矽鍺層之上。該磊 晶-矽層的厚度可改變，但典型地，該磊晶-矽層的厚勿是 在約1奈米至約100奈米之間’該厚度在約1奈米至約5〇 15 I3Q4622 I妁R〖 奈米之間是更佳的。 在某些例子中，額外的矽 處理步驟而被形成在(經過精由使用以文中所述的 上，之後1晶⑼層可被;^及/或亞穩的）梦錯層之 層與該比較起來因4讀過舒缓的砂錯 以該蟲晶1層將-拉伸的方、式被=；7面内晶格參數，所 飞被施加應力。 如上文提及的，本發明亦可 袼錯配結構上，# θ w 1超晶格結構以及晶 傅上，该晶格錯配結構至 曰曰 上覆矽鍺層At , i括本發明的絕緣層 至少包括太1 、"冓的形中，該結構可 芏乂已括本發明的絕緣層上 稱了 該絕緣層上覆珍好其柄〇 材料’及形成在 層。 上又乂替的矽層及矽鍺 在該晶格錯配結構的情形中，坪化嫁，轉 ^的化合物可被形成在本發明的絕緣層上声二 材料的矽錯層之上。 s基板 下面的例子被提供來顯示本發明的方 的方法獲得的好處。 由本4明 例子 在此例子中，具有不同的S0I啟始厚度之樣本的最終 SGOI舒.¼被決疋。詳言之，藉由生 长 600 埃的 17〇/〇SiGe 於則基板上所形成的SG0I層之測得㈣❹決^ 中孩等則基板具有厚度範圍從145〇埃降至2〇〇埃的上 則層。然後，所有結構藉由使用本文所描述的方法轉換 成380埃之28%SiGe的川〇1。詳言之，該知始的 16 1304622 r- m ^ 1 ii^rrrrrn. " ' "v'~ .，』 雙層在可讓鍺均句地擴散穿過這些層且鍺會從生長 面氧化物層被排斥出之約1 200 °C的溫度下被氧化。 式’錯的總含量在該（被均質化的）SG〇I層被該氧化 化時被保持。在第5圖中示出的s〇i厚度沒有將薄 衝層考量進去，該缓衝層是在該矽鍺層被生長之 的’其為低溫取向處理的一部分。第5圖清楚地隨 上S 〇 I層的厚度的減小該最終s G 01之（使用X光；| 得的舒緩會快速地降低。本發明之高度亞穩的且抗 絕緣層上覆梦鍺層是在啟始SOI厚度低於500埃的 獲得實賤。 雖然本發明已用本發明之實施例被明確地示 明，但熟習此技藝者將可瞭解的是上述在形式及細 其它形式與細節上的改變可在不偏離本發明的範圍 下被達成。因此’本發明並不侷限於所示及所說明 形式與細節，而是落在由以下的申請專利範圍所界 圍内。 【圖式簡單說明】 第1A-1D_為示意剖面圖，其顯示被使用在本 之用來製造高於質’亞穩的絕緣層上覆石夕鍺層基板 基本處理步驟，其中該初始的基板包括一沒有圖案 阻障區。 第2 A - 2 D圖為不思剖面圖’其顯不被使用在本 另一實施例中之用來製造高品質，亞穩的絕緣層上 中的表 以此方 處壞薄 的矽緩 前生長 著初始 〒射）剛 舒緩的 區域中 出及說 節上之 及精神 的特定 定的範 發明令 材料的 之擴散 發明的 覆石夕銬 17 1304622 η (2 ( 層 基 板 材 料的 基 本處理步驟 ，其 •中該初始的基 板 包 括 一 有 圖 案 之 擴 散阻 障 區。 第 3 A-3B 圖 為示意剖面 圖， 其顯示本發明 的 另 一 實 施 例 其 中 *^石夕 蓋 層被形成在 -含 •鍺層之上，該 含 鍺 層 被 形 成 在 一 沒 有圖 案 的（3A)或有 圖案 的（3B)基板上 〇 第 4A-4B 圖 為示意剖面 圖， 其顯示本發明 的 另 一 實 施 例 y 其 中 選擇 性 的離子植入 被實 •施用以形成亞 穩 的 且 拉 緊 的 矽 錯 區 幾被 :舒緩的矽鍺區於 一可抗鍺擴散 的 阻 障 層 之 上 〇 第 5 圖為 一 圖表，其畫 出最 終的SG0I舒緩（％)對 啟 始 SOI 厚 度（埃）' D [ 主 要 元 件符 號 說明】 10 含 矽 半導 體 基板 12 阻障層 14 頂 部 含梦 層 16 含錯層 18 非 必 要蓋 層 20 石夕錯層 22 表 面 氧化 物 層 18

Claims (1)

1304622 q泮化月1 P參笑、正替換f . L_——二產I 拾、申請專利範圍： 1 · 一種製造高品質亞穩的絕緣層上覆矽鍺層基板材料 的方法，其至少包含以下的步驟： 形成一含鍺層於一頂部含矽層的表面上，該含矽層具有 約5 00埃或更小的厚度且位在一可抗鍺擴散之阻障層上； 及 在一可讓鍺擴散穿過該頂部含石夕層及該含鍺層的溫度 下加熱這些層，藉以形成一可抗舒緩之亞穩的矽鍺層於該 阻障層頂部。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該頂部含 矽層及該阻障層為一絕緣層上覆矽層（SOI)基板的構件。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該頂部含 石夕層為一單結晶層。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該頂部含 矽層具有一介於10埃至3 50埃的厚度。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該阻障層 為一圖案化的阻障層。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該阻障層 19 1304622 為一未圖案化的阻障層。 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該阻障層 包含晶型或非晶型氧化物，或晶型或非晶型氮化物。 8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該阻障層 為一被圖案化或未被圖案化之被埋設的氧化區域。
9.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該含鍺層 包含純鍺或一包含高達 99.99原子百分比之鍺的矽鍺合 金0 1 0.如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該含鍺層 為一矽鍺合金層，其包含1 〇原子百分比至3 5原子百分比 的鍺。
11.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該含鍺層 是用一磊晶生長處理形成的，該磊晶生長處理是選自低壓 化學氣相沉積、超高真空化學氣相沉積、大氣壓化學氣相 沉積、分子束磊晶及電漿強化的化學氣相沉積。 1 2.如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包含在實 施該加熱步驟之前形成一梦蓋層於該含鍺層之上。 20 1304622 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該矽蓋層 包含磊晶-Si、非晶型矽（a: Si)、單晶或多晶型矽或其之任 一組合，及其之複數層。 1 4.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中一表面氧 化物層形成於該加熱步驟期間。 1 5.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該加熱步 驟是在一氧化環境中實施的，該氧化環境包含至少一含氧 氣體。 1 6.如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中該至少一 含氧氣體包含〇2、NO、N20、臭氧、空氣或其之組合。 1 7.如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其更包含一鈍 氣，該鈍氣被用來稀釋該至少一含氧氣體。 1 8.如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中該加熱步 驟是在一從9 0 0 °C至1 3 5 0 °C的溫度下實施的。 1 9.如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中該加熱步 驟是在一從1 2 0 0 °C至1 3 3 5 °C的溫度下實施的。 21 1304622 20.如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包含在形 成該含鍺層之後及在加熱之前實施一選擇性的離子植入步 驟，使得該加熱步驟形成一圖案化的絕緣層上覆矽鍺層基 板材料，在該基板材料中矽鍺層的某些部分為亞穩的且拉 緊的，而該矽鍺層的其它部分則為舒緩的。 2 1.如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該選擇性 的離子植入步驟包括植入選自氫、硼、碳、氮、氧、矽、 磷、鍺、珅、任一種魏氣及其之混合物中之離子。 2 2.如申請專利範圍第2 1項所述之方法，其中被植入的 離子為氫離子。 2 3.如申請專利範圍第2 0項所述之方法，其中該選擇性 的離子植入步驟係使用低於3x10 16原子/cm1的離子濃度來 實施的。 24.如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該氫離子 是在該選擇性離子植入步驟於IkeV至lOOkeV的能量下實 施時被植入的。 22 1 5 . —種基板材料，其至少包含： · 1304622 一含砍基板； 一絕緣區，其可抵抗鍺在該含矽層基板頂部的擴散；及 一亞穩的矽鍺層，其可抵抗在該絕緣區頂部上的舒緩。 2 6.如申請專利範圍第25項所述之基板材料，其中該絕 緣區是被圖案化的。
2 7.如申請專利範圍第25項所述之基板材料，其中該絕 緣區未被圖案化的。 2 8.如申請專利範圍第2 5項所述之基板材料，其中該絕 緣區包含晶型或非晶型氧化物，或晶型或非晶型氮化物。 2 9.如申請專利範圍第25項所述之基板材料，其中該絕 緣區為一圖案化或未被圖案化之被埋設的氧化物區域。
3 0. —種基板材料，其至少包含： 一含矽基板； 一絕緣區，其可抵抗鍺在該含矽層基板頂部的擴散； 一亞穩的矽鍺層，其可抵抗在該絕緣區頂部的舒緩；及 一被舒緩的區域’其與該亞穩的梦錯區域相抵接。 23 1304622 柒、指定代表圖： (一） 、本案指定代表圖為：第1D圖。 (二） 、本代表圖之元件代表符號簡單說明： 1 0含矽半導體基板 2 0矽鍺層 12阻障層 捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明 特徵的化學式：
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