利用微波退火技术低温制备goi的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体制造领域，涉及一种利用微波退火技术低温制备G0I的方法。
【背景技术】
[0002]硅作为现在最广泛应用的半导体材料，它的优点是多方面的。1)硅的地球储量很大，所以原料成本低廉。2)硅的提纯工艺历经60年的发展，已经达到目前人类的最高水平。3)Si/Si02的界面可以通过氧化获得，非常完美。通过后退火工艺可以获得极其完美的界面。4)关于硅的掺杂和扩散工艺，研究得十分广泛，前期经验很多。硅材料的不足是:硅本身的电子和空穴迁移速度在未来很难满足更高性能半导体器件的需求。氧化硅由于介电常数较低，当器件微小化以后，将面临介电材料击穿的困境，寻找替代介电材料是当务之急。且硅属于间接带隙半导体，光发射效率不高。
[0003]锗作为最早被研究的半导体材料，具有以下优点:1)空穴迁移率最大，是硅的四倍；电子迁移率是硅的两倍。2)禁带宽度比较小，有利于发展低电压器件。3)施主/受主的激活温度远低于硅，有利于节省热预算。4)小的波尔激子半径，有助于提高它的场发射特性。5)小的禁带宽度，有助于组合介电材料，降低漏电流。但是锗属于较为活泼的材料，它和介电材料的界面容易发生氧化还原反应，生成GeO，产生较多缺陷，进而影响材料的性能；锗由于储量较少，所以直接使用锗作衬底是不合适的，因此必须通过GeOI (绝缘体上锗)技术，来发展未来器件。
[0004]绝缘体上锗(G0I)是高端硅基衬底材料领域的一项最新开发成果，它对高性能CMOS 1C以及光电探测器和太阳能电池都具有十分重要的意义。能用作光电探测器G0I (锗吸收850nm波长的光的效率是硅的70倍)，而且也能用来制作高速晶体管。基于锗材料的晶体管的转换速度能比硅的大3到4倍。由于锗金属能提高材料的电子迁移率，在未来的高速逻辑1C应用上，锗材料远景看好。G0I用作制造高速光电探测器(运行在30GHz)，这使其理论上适用于探测速度大于50Gb/sec的信号，使芯片上的光互连更接近现实。
[0005]G0I技术能和硅CMOS工艺兼容，因为锗能够有选择的放置在光电探测器所在的区域，所以新的探测器与标准的微芯片技术兼容。这种兼容性使得有可能在同一块芯片上集成光电电路，比如在微处理器和其他电子器件上。目前主要被关注于以下几个领域:G0I高速CMOS器件、高频CMOS器件、光电探测器以及太阳能电池等。几十年前人们就知道了锗与硅相比所具有的速度优势；然而，锗氧化层的不稳定性使得当时制作M0S器件不太可行。如今，新一代的高k介质淀积技术，加上这些新的G0I衬底，给器件生产商在使用锗上有更多的灵活性，从而回避了 M0S栅氧问题。体锗晶圆要比硅重，且易碎，G0I有助于克服这些问题，并使锗M0SFET技术与硅处理设备相兼容。应用于锗施主的外延方法可以轻易地将其等比变化至300mm，但晶体缺陷可能会很高。对锗表面进行处理是一项十分艰巨的任务，因为典型的硅清洗溶液会对锗表面造成腐蚀，使表面变得粗糙。尽管已证实可用硅加工设备对G0I进行处理，且0.15微米器件已经制作成功，但M0SFET的1n/1ff比值却十分不理想，而且迁移率值也需要进一步改善。锗表面上的M0SFET质量是一个问题，但由于锗的禁带宽度很小(0.66eV)，所以锗器件也承受着大漏电流的致命缺点，这也严重阻碍了锗MOS器件的更广泛的应用，G0I技术必须解决由于锗较窄的带隙对结的漏泄和带-带调谐带来的影响。如同SOI解决了很多体硅在半导体器件中的不足，GOI同样也是很好地解决了 Ge材料缺点的候选材料。为了得到低漏电流和更好的性能的M0S器件，G0I因此得到了关注。
[0006]一些科研结构和公司通过很多方法已经制备出G0I结构，例如，欧洲半导体领域三巨头Soitec、IMEC和Umicore宣布联合开发G0I技术,Umicore侧重于研发8和12英寸单晶Ge晶片，而Soitec用Smart Cut技术研发G0I晶片，IMEC重点研究以Ge基工艺制备应用于45纳米及以下制程的高性能CMOS电路。Silicon Genesis也宣称他们正在研制GOI圆片，IBM宣布开发了一种基于新开发的GOI技术的高速光电探测器，他们制造GOI的方法是直接在很薄的SOI上生长锗。然而目前这些方法都有很多局限性。
[0007]目前，将掺杂层吸附剥离与键合相结合的智能剥离方法能够实现超薄、高质量绝缘体上材料的制备，但是该方法中需要经过高温退火使得掺杂层吸附注入离子而产生剥离，不适用于G0I的制备，因为Ge的剥离温度不能太高，一般在350?400°C，超过该温度，制备出来的Ge很各易发生碎片或碎渔现象。
[0008]因此，提供一种利用微波退火技术低温制备G0I的方法实属必要。
【发明内容】
[0009]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利用微波退火技术低温制备G0I的方法，用于解决现有技术中需要利用高温退火产生掺杂层吸附剥离，无法制备高质量G0I的问题。
[0010]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种利用微波退火技术低温制备G0I的方法，至少包括以下步骤:
[0011]S1:提供一衬底,在所述衬底上外延一掺杂层；
[0012]S2:在所述掺杂层上外延第一 Ge层；
[0013]S3:进行离子注入，使离子注入到所述掺杂层下表面以下预设深度；
[0014]S4:提供一表面形成有绝缘层的基板，将所述绝缘层与所述第一 Ge层键合，形成键合片；
[0015]S5:对所述键合片进行微波退火处理，使所述掺杂层吸附离子形成微裂纹，使所述键合片从所述掺杂层下表面处剥离，得到自下而上依次包括基板、绝缘层及第一 Ge层的绝缘体上锗。
[0016]可选地，于所述步骤S1中，所述衬底包括Si衬底及外延形成于所述Si衬底上的第二 Ge层，所述第二 Ge层的厚度范围是100nm?10 μ m。
[0017]可选地，于所述步骤S5之后，还包括步骤S6:去除所述第一 Ge层表面多余的掺杂层。
[0018]可选地，采用化学腐蚀法和/或抛光法去除所述第一 Ge层表面多余的掺杂层。
[0019]可选地，于所述步骤S5中，所述微波的频率范围是1.5?20GHz，微波退火时间为5 ?60mino
[0020]可选地，于所述步骤S5中，调节微波退火输出功率，使所述键合片表面温度在50 ?200。。。
[0021]可选地，所述掺杂层为掺杂单晶薄膜或掺杂超晶格结构薄膜，厚度大于2nm。
[0022]可选地，所述掺杂单晶薄膜为S1、SiGe、Ge、GaAs或AlGaAs ;所述掺杂超晶格结构薄膜由至少一组Si/S1: xGex复合薄膜、S1: yGey/Si! zGez复合薄膜、Ge/GaAs复合薄膜或GaAs/AlGaAs复合薄膜堆叠而成，其中0<x、y、z<l,y古z ;掺杂元素包括C、B、P、Ga、In、As或Sb中的至少一种，掺杂浓度大于lE18cm3。
[0023]可选地,所述第一 Ge层的厚度大于10nm。
[0024]可选地，于所述步骤S3中，采用Η离子注入或H/He离子共注，所述预设深度大于或等于50nm,注入剂量大于或等于2E16cm 2。
[0025]可选地，于所述步骤S4中，键合前对所述第一 Ge层表面进行氮气等离子体处理。
[0026]可选地，所述衬底为Ge衬底。
[0027]如上所述，本发明的利用微波退火技术低温制备G0I的方法，具有以下有益效果:(1)本发明利用掺杂层吸附剥离及键合来制备绝缘体上锗(G0I)，其中，对键合片进行微波退火处理，使所述键合片从所述掺杂层下表面处剥离，得到自下而上依次包括基板、绝缘层及第一 Ge层的GOI。其中，微波退火处理过程中，掺杂层与衬底界面处初始形成的微小孔洞在微波作用下产生共振，使得该界面处局域