构建激光再晶化Si-Ge互扩抑制模型及制备Ge/Si虚衬底的方法与流程
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种构建激光再晶化si-ge互扩抑制模型及制备ge/si虚衬底的方法。
背景技术：
si衬底上直接外延生长ge外延层(ge/si)技术，兼具si衬底与ge半导体的优势，在微电子与光电子领域应用潜力巨大。然而，由于si与ge之间存在4.2％的晶格失配，传统工艺过程中，si与ge界面位错缺陷在外延层逐渐增厚的过程中，会纵向延伸至ge的表面，进而导致ge/si晶体质量降低。
为了避免位错缺陷在外延的过程中沿纵向扩展，可采用ge/si横向结晶生长的方法，抑制缺陷的扩展进而获得高质量的ge/si，808nm激光再晶化工艺为解决该问题提供了一个有效的途径，该技术通过控制激光工艺参数，使得一定厚度的ge外延层熔化并实现晶格重排再结晶，进而实现高质量薄ge/si的制备。但是，激光再晶化工艺本质上属于高温热处理工艺，利用其制备si衬底上ge外延层的工艺过程中，激光致高温热处理会加速原子的扩散运动，因此不可避免的会引起si、ge原子在si衬底与ge外延层界面附近的相互扩散现象，这对于后续基于si衬底上ge外延层的器件制造十分不利。
因此，建立激光再晶化si-ge互扩抑制模型，对于si衬底上ge外延层激光再晶化工艺的应用具有重要的价值。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种构建激光再晶化si-ge互扩抑制模型及制备ge/si虚衬底的方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种构建激光再晶化si-ge互扩抑制模型的方法，包括：
s1：获取si-ge相互扩散方程；
s2：建立si-ge相互扩散系数与浓度的模型以及si-ge相互扩散系数与温度的模型；
s3：根据si-ge相互扩散系数与浓度的模型和si-ge相互扩散系数与温度的模型，得到si-ge相互扩散系数；
s4：构建激光再晶化工艺的热方程；
s5：根据所述热方程、所述si-ge相互扩散系数和所述si-ge相互扩散方程，通过仿真建立激光再晶化si-ge相互扩散模型；
s6：根据所述激光再晶化si-ge相互扩散模型的仿真结果，建立si-ge互扩抑制模型。
在本发明的一个实施例中，所述步骤s1包括：
s11：根据菲克第一定律得到浓度梯度与扩散通量之间的关系，
其中，j表示扩散通量，d表示扩散系数，c表示si或ge的体积浓度，
s12：根据守恒定律得到一维扩散通量下的质量平衡表达式，
其中，jx表示一维扩散通量，δx表示沿x方向的无限小的长度，syz表示界面面积，
使用沿x轴的通量分量的泰勒展开，公式中的[jx(x)-jx(x+δx)可以替换为
s13：根据浓度梯度与扩散通量之间的关系式和一维扩散通量下的质量平衡表达式的泰勒展开式，得到si-ge相互扩散方程，
在本发明的一个实施例中，所述步骤s2包括：
s21：根据si-ge相互扩散方程，利用玻耳兹曼俣野变换得到si-ge相互扩散系数与浓度的表达式，
其中，d(c*)表示ge浓度为c*时的相互扩散系数，t表示激光再晶化时间，z表示扩散深度，c(z)表示ge浓度关于扩散深度的函数，zm表示俣野平面的位置；
s22：利用阿伦尼乌斯公式得到si-ge相互扩散系数与温度的表达式，
其中，d0表示si-ge相互扩散系数与浓度的关系因子，ea表示扩散激活能，k表示玻尔兹曼常数，t表示温度。
在本发明的一个实施例中，所述si-ge相互扩散系数的表达式为，
其中，d01(xge)表示ge组分≤65％时si-ge相互扩散系数与浓度的关系因子，d01(xge)＝10-2exp(2.5xge)cm2s-1，d02(xge)表示ge组分＞65％时si-ge相互扩散系数与浓度的关系因子，d01(xge)＝1.12×10-4exp(-12.75xge)cm2s-1，ea1＝3.1ev，ea2＝3.33ev。
在本发明的一个实施例中，所述步骤s4包括：
根据激光再晶化工艺中非均匀加热的特点，建立方程，
忽略瞬态项
ρcpv▽t(x,y)-▽(k▽t(x,y))＝q(x,y)，
其中，ρ表示材料的密度、cp表示材料的恒压热容、t表示温度，温度单位为k、t(x,y)表示不同位置的温度分布、k表示材料的热导率、v表示激光移动速度、q(x,y)表示不同位置处材料吸收的激光能量、x方向表示平行于ge/si外延层表面的方向、y方向表示垂直于ge/si外延层表面的方向。
在本发明的一个实施例中，所述步骤s5包括：
s51：定义si衬底区域，划分网络，初始化仿真区域；
s52：定义连续激光热源的函数，所述函数随时间恒定且具有高斯空间分布；
s53：定义材料的热参数，并求解所述热方程，所述热参数包括si和ge材料的密度、吸收系数、比热容、热导率以及熔点工艺参数；
s54：根据所述热方程的求解结果，得到激光照射后si上ge外延层不同位置的温度分布t(x,y)，确定所述si-ge相互扩散系数的值dinter，并求解所述si-ge相互扩散方程；
s55：定义仿真初始温度为600℃，激光作用时间为50ms，得到激光再晶化si-ge相互扩散模型的仿真结果。
在本发明的一个实施例中，所述步骤s6包括：
在激光再晶化si-ge相互扩散模型的仿真结果基础上，建立si-ge互扩深度与激光再晶化工艺参数之间的物理关系，
其中，ddiff表示si-ge互扩深度，单位nm，pl表示激光功率密度，pl.0表示发生互扩时的激光功率，单位为w，对于si-ge材料pl,0为64w。
本发明还提供了一种制备ge/si虚衬底的方法，包括：
步骤1：选取单晶si片为衬底材料；
步骤2：利用磁控溅射法在si衬底上生长厚度为400nm的ge外延层；
步骤3：利用化学气相淀积技术在ge外延层表面淀积厚度为150nm的sio2保护层；
步骤4：将包括所述单晶si衬底、所述ge外延层以及所述sio2保护层的整个材料加热至600℃，采用激光再晶化工艺处理所述整个材料，然后自然冷却所述整个材料，
其中，激光为波长808nm的连续激光，激光移动速度为400mm/min，根据权利要求1-7中任一项方法得到的si-ge互扩抑制模型，得到激光功率参数，激光功率为64w；
步骤5：利用干法刻蚀工艺刻蚀所述sio2保护层，得到ge/si虚衬底。
在本发明的一个实施例中，所述步骤1之前包括：
采用时域有限差分fdtd软件，建立sio2保护层/ge外延层/si衬底体系在808nm连续激光作用下的吸收、反射与透射模型，根据模型仿真结果得到所述ge外延层和所述sio2保护层的厚度参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的构建激光再晶化si-ge互扩抑制模型的方法，针对激光再晶化si衬底上ge外延层的过程中si-ge存在相互扩散问题，建立热方程、si-ge相互扩散系数以及述si-ge相互扩散方程，通过模型推导与仿真，建立了激光再晶化si-ge互扩抑制模型，通过本发明所述的模型可以优化激光再晶化工艺参数，抑制激光再晶化过程中si-ge相互扩散现象，为激光再晶化技术制备高质量的si衬底上ge外延层提供重要技术参考。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1a是本发明实施例提供的一种si上ge外延层800℃快速热退火后sem(扫描电子显微镜)图；
图1b是本发明实施例提供的一种si上ge外延层800℃快速热退火后样品的eds(能量色散x射线光谱)曲线图；
图2是本发明实施例提供的一种构建激光再晶化si-ge互扩抑制模型的方法流程图；
图3是本发明实施例提供的一种一维无穷小体积扩散示意图；
图4是本发明实施例提供的一种激光照射si上ge外延层发生部分熔化时的温度分布图；
图5是本发明实施例提供的一种激光照射si上ge外延层发生部分熔化时x＝0截面处深度方向上的ge组分分布图；
图6是本发明实施例提供的一种激光照射si上ge外延层发生全部熔化时的温度分布图；
图7是本发明实施例提供的一种激光照射si上ge外延层发生全部熔化时x＝0截面处深度方向上的ge组分分布图；
图8是本发明实施例提供的一种激光功率与si-ge互扩深度之间的量化关系图；
图9a是本发明实施例提供的一种在不同sio2覆盖层厚度条件下体系对808nm连续激光的吸收率与反射率变化曲线(ge外延层厚度为300nm)；
图9b是本发明实施例提供的一种在不同sio2覆盖层厚度条件下体系对808nm连续激光的吸收率与反射率变化曲线(ge外延层厚度为400nm)；
图10是本发明实施例提供的一种sio2保护层厚度为150nm时，不同ge外延层厚度条件下体系对808nm连续激光的的吸收率变化曲线。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种构建激光再晶化si-ge互扩抑制模型及制备ge/si虚衬底的方法进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
实施例一
激光再晶化工艺与热退火工艺均属于高温热处理过程，si-ge相互扩散是由热驱动引起的，在si衬底上ge外延层的高温热处理过程中，通常会发生si-ge相互扩散，请结合参见图1a和图1b，图1a是本发明实施例提供的一种si上ge外延层800℃快速热退火后sem图，图1b是本发明实施例提供的一种si上ge外延层800℃快速热退火后样品的eds曲线图，沿着垂直于si-ge界面的方向，采用eds研究si和ge之间的相互扩散，其中si-ge界面在深度为1μm附近，左侧为si衬底，右侧为ge外延层。从图中可以明显看出，高温快速热退火之后，si原子扩散到ge外延层中，并且扩散深度较大，而ge原子扩散到si衬底相对较少，si原子扩散进入ge外延层中将严重影响后续应用ge外延层制备器件的性能。
基于si衬底上ge外延层高温热处理的ge-si互扩现象，本实施例根据半导体工艺原理，提出了一种构建激光再晶化si-ge互扩抑制模型的方法，即，ge-si互扩深度与激光再晶化工艺参数之间的物理关系，通过所述模型可以优化激光再晶化工艺参数，抑制激光再晶化过程中si-ge相互扩散现象，为激光再晶化技术制备高质量的ge/si虚衬底提供重要技术参考。
请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种构建激光再晶化si-ge互扩抑制模型的方法流程图，如图所示，本实施例的构建激光再晶化si-ge互扩抑制模型的方法，包括：
s1：获取si-ge相互扩散方程；
具体地，所述步骤s1包括：
s11：根据菲克第一定律得到浓度梯度与扩散通量之间的关系，
其中，j表示扩散通量，d表示扩散系数，c表示si或ge的体积浓度，
s12：根据守恒定律得到一维扩散通量下的质量平衡表达式，
质量平衡可以认为是，流入流量-流出流量＝积累(或流失率)，本实施例研究的si衬底上ge外延层结构的扩散都是沿着垂直于si表面的方向，因此本实施例的si-ge相互扩散属于一维扩散，请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种一维无穷小体积扩散示意图，如图所示，图中箭头表示扩散通量的输入和输出x分量，对于一维扩散通量，质量平衡可以表示为，
其中，jx表示一维扩散通量，δx表示沿x方向的无限小的长度，syz表示界面面积，
使用沿x轴的通量分量的泰勒展开，公式(2)中的[jx(x)-jx(x+δx)可以替换为
s13：根据公式(1)和公式(3)得到si-ge相互扩散方程，
s2：建立si-ge相互扩散系数与浓度的模型以及si-ge相互扩散系数与温度的模型；
具体地，所述步骤s2包括：
s21：根据si-ge相互扩散方程，利用玻耳兹曼俣野变换得到si-ge相互扩散系数与浓度的表达式，
由于si-ge相互扩散与浓度相关，即在高温热处理的过程中，si-ge相互扩散系数随ge浓度的增加而增加，因此使用boltzmann-matano(玻耳兹曼俣野)方法从ge的二次离子质谱(sims)曲线中提取相互扩散系数值，这种方法可以精确地给出si-ge相互扩散系数随ge浓度变化的变化。
boltzmann-matano方法是从si-ge相互扩散的sims曲线中提取浓度依赖性互扩散系数的图解方法，使用boltzmann-matano方法得到si-ge相互扩散系数与浓度的表达式为，
其中，d(c*)表示ge浓度为c*时的相互扩散系数，t表示激光再晶化时间，z表示扩散深度，c(z)表示ge浓度关于扩散深度的函数，zm表示俣野平面的位置；
s22：利用阿伦尼乌斯(arrhenius)公式得到si-ge相互扩散系数与温度的表达式，
其中，d0表示si-ge相互扩散系数与浓度的关系因子，ea表示扩散激活能，k表示玻尔兹曼常数，t表示温度。
由于si衬底上ge外延层在激光再晶化时的扩散是一种热驱动过程，si-ge相互扩散与温度密切相关，因此，扩散系数可以用热力形式来描述。
s3：根据si-ge相互扩散系数与浓度的模型和si-ge相互扩散系数与温度的模型，得到si-ge相互扩散系数；
具体地，所述si-ge相互扩散系数的表达式为，
其中，d01(xge)表示ge组分≤65％时si-ge相互扩散系数与浓度的关系，d01(xge)＝10-2exp(2.5xge)cm2s-1，d02(xge)表示ge组分＞65％时si-ge相互扩散系数与浓度的关系，d01(xge)＝1.12×10-4exp(-12.75xge)cm2s-1，ea1＝3.1ev，ea2＝3.33ev。
在本实施例中，si-ge相互扩散系数的表达式由两个arrhenius项的和组成，式中第一个arrhenius项在低ge含量区域，也就是si-ge相互扩散系数受弛豫引起的缺陷强烈影响的区域占主导地位，第二个arrhenius项主要在高ge含量区域占主导地位。
s4：构建激光再晶化工艺的热方程；
激光再晶化属于热致相变的过程，ge外延层吸收入射激光的瞬时高能量并转化为热能，温度升高达到熔点后发生熔化，激光照射停止后再发生冷却再结晶的过程，激光再晶化与传统热退火同属于高温热处理过程，与传统热退火不同的是，激光再晶化能量高且速度快，导致ge外延层在很短的时间内迅速升温，此外，激光再晶化属于非均匀加热，激光照射后ge外延层不同区域温度不同，这也会影响激光再晶化过程中的si-ge相互扩散。
具体地，根据激光再晶化工艺中非均匀加热的特点，建立方程，
假设激光照射在时间上连续且激光移动速度是恒定的，则瞬态项
ρcpv▽t(x,y)-▽(k▽t(x,y))＝q(x,y)(9)，
其中，其中ρ表示材料的密度、cp表示材料的恒压热容、t表示温度，温度单位为k、t(x,y)表示不同位置的温度分布、k表示材料的热导率、v表示激光移动速度、q表示激光能量、q(x,y)表示不同位置处材料吸收的激光能量、x方向表示平行于ge/si外延层表面的方向、y方向表示垂直于ge/si外延层表面的方向。
s5：根据所述热方程、所述si-ge相互扩散系数和所述si-ge相互扩散方程，通过仿真建立激光再晶化si-ge相互扩散模型；
具体地，将所述热方程、所述si-ge相互扩散系数和所述si-ge相互扩散方程，应用于半导体工艺仿真工具sentaurusprocess中，通过仿真建立激光再晶化si-ge相互扩散模型，si上ge外延层激光再晶化si-ge相互扩散的sentaurusprocess工艺仿真主要包括以下过程：
s51：定义si衬底区域，划分网络，初始化仿真区域；
利用sentaurusprocess进行激光再晶化si-ge相互扩散工艺仿真建模，首先需要首先定义si衬底区域，由于激光再晶化需要求解传热方程和扩散方程，因此需要考虑材料结构对两种方程求解的影响。
与杂质或点缺陷扩散相比，传热快得多，例如在si中，加热温度的扩散长度是800℃时间隙原子扩散长度的20-30倍，因此，求解热方程需要比扩散方程大得多的结构尺寸。sentaurusprocess激光加热模型提供了暂时扩展当前结构以求解热方程的方法，然后在完成激光或闪光退火后恢复原始结构，向下扩展几何结构由布尔参数extendbottom控制，底部扩展的厚度由waferthickness指定，为了获得精确的热分布，扩展厚度通常设置为700μm，所有扩展区域的材料都设置为heatsubstrate，heatsubstrate材料的热属性在内部定义为与bulkmaterial材质相同(默认值：si),在heatsubstrate区域，只求解热方程。
由于杂质扩散的特征长度和热扩散效应差异较大，因此适当地修改网格结构，从而可以精确地模拟这两种物理现象，在ge表面区域附近以及si-ge界面附近使用致密网格，而在si晶片底部采用较粗糙的网格。
s52：定义连续激光热源的函数，所述函数随时间恒定且具有高斯空间分布；
sentaurusprocess提供的激光强度分布曲线模型为假设入射光束在空间上是均匀的并且具有类似高斯的时间演化，这种模型是典型的脉冲激光(或准分子激光或固态激光)，而本实施例中的激光为连续激光，因此，通过用自定义的函数手动合并强度分布，所述函数随时间恒定并且具有高斯空间分布。
s53：定义材料的热参数，并求解所述热方程，所述热参数包括si和ge材料的密度、吸收系数、比热容、热导率以及熔点工艺参数；
求解公式(9)需要明确定义激光热源及材料的热参数，从而获得激光照射后si上ge外延层不同位置的温度分布t(x,y)。通过改变激光再晶化工艺参数，可以控制si上ge外延层内部温度分布，使其达到ge外延层熔化和再结晶生长所需的温度。
s54：根据所述热方程的求解结果，得到激光照射后si上ge外延层不同位置的温度分布t(x,y)，确定所述si-ge相互扩散系数的值dinter，并求解所述si-ge相互扩散方程；
将所述热方程求得的温度结果t(x,y)带入公式(7)，确定si-ge相互扩散系数dinter，激光再晶化属于非均匀加热，导致ge/si外延层中温度非均匀，根据si-ge相互扩散系数dinter求解si-ge相互扩散方程。
s55：定义仿真初始温度为600℃，激光作用时间为50ms，得到激光再晶化si-ge相互扩散模型的仿真结果。
具体地，激光再晶化si-ge相互扩散与外延层温度密切相关，而在激光作用下si上ge外延层会产生非均匀的温度分布，由于温度越高，si-ge相互扩散越明显，因此，激光再晶化si-ge相互扩散程度与si上ge外延层的峰值温度密切相关。
请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种激光照射si上ge外延层发生部分熔化时的温度分布图，其中ge外延层厚度为400nm。从图中可以看出ge外延层表面温度超过ge的熔点(1210k)，而si-ge界面附近的ge温度未达到熔点，表明ge外延层熔化再结晶仅发生在表面一定厚度，在si-ge界面附近未发生熔化再结晶。也就是激光照射ge外延层表面发生熔化，而si-ge界面附近未发生熔化。这种情况下si-ge相互扩散的情况如图5所示，图中曲线表示si上ge外延层在x＝0截面(即峰值温度处)处深度方向上的ge组分，从图中可以看出ge外延层内ge组分为100％而si衬底中ge组分为0，si-ge界面处浓度分布陡峭，表明在这种情况下激光再晶化si上ge外延层未发生si-ge相互扩散。
请参见图6，图6是本发明实施例提供的一种激光照射si上ge外延层发生全部熔化时的温度分布图，其中ge外延层厚度为400nm。从图中可以看出，ge外延层表面峰值温度达到1314k，而si-ge界面处ge的温度也超过了ge的熔点，这表明si-ge界面附近的ge也发生了熔化再结晶的过程。这种情况下si-ge相互扩散的情况如图7所示，从图中够可以看出，在x＝0的峰值温度截面上，si原子向ge外延层内发生了少量的扩散，扩散深度约为40nm，而ge原子在si衬底中几乎不发生扩散。
s6：根据所述激光再晶化si-ge相互扩散模型的仿真结果，建立si-ge互扩抑制模型。
具体地，从si上ge外延层激光再晶化si-ge相互扩散工艺仿真结果可以看出，与传统的热退火相比，激光再晶化工艺虽然温度高，但作用时间极短，在si上ge外延层激光再晶化过程中，几乎不发生si-ge原子的相互扩散，当激光作用使得si-ge界面处的ge发生熔化时，界面附近会有少量的si扩散进入ge外延层。因此，合理控制激光再晶化工艺参数，使得上层ge外延层发生熔化，而si-ge界面附近薄层ge不发生熔化，可以在提高ge外延层晶体质量的同时，有效避免激光再晶化过程中的si-ge相互扩散。根据激光再晶化si-ge相互扩散模型的仿真结果，进一步建立si-ge互扩深度与激光再晶化工艺参数之间的物理关系，
其中，ddiff表示si-ge互扩深度，单位nm，pl表示激光功率密度，pl.0表示发生互扩时的激光功率，单位为w，对于si-ge材料pl,0为64w。
请参见图8，图8是本发明实施例提供的一种激光功率与si-ge互扩深度之间的量化关系图，如图所示，当激光功率低于64w时，无si-ge互扩问题。
本实施例的构建激光再晶化si-ge互扩抑制模型的方法，针对激光再晶化si衬底上ge外延层的过程中si-ge存在相互扩散问题，建立热方程、si-ge相互扩散系数以及述si-ge相互扩散方程，通过模型推导与仿真，建立了激光再晶化si-ge互扩抑制模型，通过本发明所述的模型可以优化激光再晶化工艺参数，抑制激光再晶化过程中si-ge相互扩散现象，为激光再晶化技术制备高质量的si衬底上ge外延层提供重要技术参考。
实施例二
本实施例根据实施例一的模型构建方法得到的si-ge互扩抑制模型，提出一种制备ge/si虚衬底的方法，所述方法可以抑制激光再晶化过程中si-ge相互扩散现象，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1：选取单晶si片为衬底材料；
步骤2：利用磁控溅射法在si衬底上生长厚度为400nm的ge外延层；
步骤3：利用化学气相淀积技术在ge外延层表面淀积厚度为150nm的sio2保护层；
步骤4：将包括所述单晶si衬底、所述ge外延层以及所述sio2保护层的整个材料加热至600℃，采用激光再晶化工艺处理所述整个材料，然后自然冷却所述整个材料，
其中，激光为波长808nm的连续激光，激光移动速度为400mm/min，根据上述实施例中方法得到的si-ge互扩抑制模型，得到激光功率参数，激光功率为64w；
步骤5：利用干法刻蚀工艺刻蚀所述sio2保护层，得到ge/si虚衬底。
在本实施例中，si衬底层厚度为2.75μm，所述步骤1之前包括，采用时域有限差分fdtd软件，建立sio2保护层/ge外延层/si衬底体系在808nm连续激光作用下的吸收、反射与透射模型，根据模型仿真结果得到所述ge外延层和所述sio2保护层的厚度参数。
具体地，sio2保护层的作用是，避免瞬间高能激光对薄ge外延层造成损伤，以及环境的氧化。但是在激光再晶化工艺过程中，则希望激光尽可能多地透过sio2保护层，尽可能地被ge外延层而不是si衬底所吸收，因此，本实施例利用时域有限差分fdtd软件，建立了sio2保护层/ge外延层/si衬底体系子808nm连续激光作用下的吸收、反射与透射模型，优化确定适用于激光再晶化工艺的ge外延层及sio2保护膜的厚度相关工艺参数。
请参见图9a和图9b，图9a和图9b分别是ge外延层厚度为300nm和400nm时，不同sio2覆盖层厚度条件下体系对808nm连续激光的吸收率与反射率变化曲线，其中，rsio2表示sio2保护层对连续激光的反射率，age表示ge外延层对连续激光的吸收率。从图中可以看出，随着sio2层厚度的增加，sio2保护层对808nm连续激光的反射率先减小后增加，而ge外延层对激光的吸收率先增加后减小，无论是300nmge外延层还是400nmge外延层，当sio2保护层厚度为150nm时，ge外延层对808nm连续激光的反射率均达到最小值，同时ge外延层对激光的吸收率达到最大值。这表明，sio2保护层厚度为150nm时，激光能量通过反射损失的部分达到最少，被ge外延层吸收转化为热能用于激光再晶化的部分达到最多。因此，激光再晶化制备高质量薄ge外延层时，150nm为sio2保护层最优厚度。
进一步地，确定了sio2保护层的最优厚度后，还需优化ge外延层的厚度，这是因为激光在sio2/ge外延层/si衬底体系中传播时，可能发生多重反射进而导致相长干涉和相消干涉，ge外延层的厚度会影响体系对激光的吸收和反射。
请参见图10，图10是本发明实施例提供的一种sio2保护层厚度为150nm时，不同ge外延层厚度条件下体系对808nm连续激光的的吸收率变化曲线，其中，age表示ge外延层对连续激光的吸收率，asi表示si衬底层对连续激光的吸收率。从图中可以看出，ge外延层的吸收率整体随着ge厚度的增加呈上升趋势，而si衬底对808nm连续激光的吸收率随着ge外延层厚度的增加呈下降趋势，当sio2保护层厚度为150nm，ge外延层厚度为400nm时，体系对激光的反射率为12％，ge外延层和si衬底层对激光的吸收率分别为80％和4％，此情况较为理想。
根据上述sio2保护层/ge外延层/si衬底体系在808nm连续激光作用下的吸收、反射与透射模型的仿真结果，确定适用于808nm连续激光的ge外延层及sio2保护层的厚度优化工艺参数，以制备得到高质量的ge/si虚衬底。
本实施例的ge/si虚衬底的制备方法，根据si-ge互扩抑制模型，得到优化的激光再晶化工艺参数，并且采用时域有限差分fdtd软件，建立sio2保护层/ge外延层/si衬底体系在808nm连续激光作用下的吸收、反射与透射模型，通过对模型的仿真分析得到适用于808nm连续激光的ge外延层及sio2保护层的厚度优化工艺参数，从而制备得到高质量的ge/si虚衬底，以提高后续应用ge外延层制备器件的性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
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