专利名称：用锗进行硅/硅键合的方法及其制备的硅器件衬底片的制作方法
技术领域：
本发明属于一种硅/硅键合方法及其制备的硅器件衬底片，特别涉及一种用锗进行硅/硅键合的方法及其制备的硅器件衬底片。
目前，国内外特别是日本、美国、俄国等均采用亲水法进行硅/硅直接键合制作硅器件衬底片。在Electrochem.Soc.Vol.139.No.11.November1992The Electrochemicai Society.Inc和《电子器件》杂志1995年6月出版的第18卷第2期《硅片直接键合技术在双极功率器件中的应用》文章以及1996年3月第19卷第1期的《硅片键合制备SOI衬底》文章中，都公开了一种用亲水法进行硅/硅键合制备硅器件衬底片的方法。这种方法制备的衬底片，其键合层存在多晶层或SixOy及吸附沾污层，容易产生空洞和非键合区，致使键合率低，有夹层，从而影响器件的制备性能，因此不能在工业上大规模推广应用。
本发明的目的之一是提供一种用锗进行硅/硅键合的方法。
本发明的目的之二是提供一种用锗进行硅/硅键合制备的硅器件衬底片。
本发明的目的可以通过以下措施来实现用锗进行硅/硅键合的工艺步骤是(1)清洗待处理的抛光硅片；(2)将清洗后的洁净抛光硅片，放进通入氢气的外延炉内，在常压或负压下，赶气升温至1100～1200℃；(3)在上述温度下，用氢气携带卤气或卤化物气体通入炉内，其流量是1l/min，进行气相抛光，去除硅片损伤层及沾污层1--10μm；(4)将上述外延炉赶气降温至300～1000℃，用氢气携带锗的化合物通入炉内，其通入量为0.01l～2l/min，同时进行掺杂，淀积锗层，淀积时间为0.5～30min，淀积厚度为1～3000nm，(5)将外延炉缓慢降温至室温，取出硅片；(6)将上述处理好的硅片，两片相对锗层在中间，放入烧结炉内，在740～990℃下键合20～50分钟；(7)将烧结炉缓慢降温至室温，取出，即制得用锗进行硅/硅键合的硅器件衬底片。
在上述用锗进行硅/硅键合的方法中，在外延炉内通入锗化合物的同时还可以通入硼或磷的化合物，在淀积锗的同时掺硼或磷，其掺杂浓度为1×1019～1×1021/cm3，使其在P+或N+硅片上形成锗层。也可以利用自掺杂，使其在P-或N-硅片上形成锗层。
用锗进行硅/硅键合后制成的硅器件衬底片上、下层是硅，中间层是高温扩散形成的硅锗键合层。
在淀积锗层时，如掺硼，其键合层是掺有硼的硅锗层；如掺磷，其键合层是掺有磷的硅锗层。
衬底片的上、下层硅可是N-/N+、P-/P+、P-/N+、N-/P+、N-/P-、N+/P+。
本发明与现有技术相比有如下优点本发明利用了硅锗材料高性能的特点，以及锗原子半径大，可对硅中掺杂有很好的原子半径应力补偿效应，减少失配缺陷，提高完美性和锗熔点低(941℃)、容易键合等特点。从而使其键合率大大提高，可达到95％以上；键合后的衬底不存在SiO2夹层；不存在损伤和多晶层；单晶的纯度不降低；光洁度好，并能保证硅片的完美性，且不出空洞。
附图的图面说明如下
图1是在P+硅片上淀积锗层后形成的P+Ge层硅片断面示意图2是在N-硅片上淀积锗层后形成的N-Ge层硅片断面示意图；图3是用图1和图2硅片键合后制成的N-/P+型硅器件衬底片断面示意图。
图中1是P+硅片，2是Ge层，3是N-硅片，4是Ge层，5是SiGe键合层。
下面用具体实施例对本发明作进一步详述实施例1用锗进行硅/硅键合制备N-/P+型硅器件衬底片。
(1)清洗待处理的P+型抛光硅片；(2)将清洗后的洁净抛光硅片，放进通入氢气的外延炉内，在常压下，赶气升温至1150℃；(3)在此温度下，用氢气携带HCl气体，通入炉内，HCl的流量为1l/min，进行气相抛光10min，去除硅表面损伤及沾污层9μm；(4)赶气降温至900℃，用氢气携带GeCl4并携带B，通入炉内，GeCl4的通入量为0.02l/min，B的掺杂浓度为1×1019/cm3，淀积锗层，淀积时间为2min，淀积厚度为2nm，在P+硅片上形成Ge层；(5)将炉缓慢降温至室温，取出硅片；(6)按上述同样方法步骤，利用自掺杂，在N-硅片上形成Ge层；(7)将上述处理好的P+Ge层硅片与N-Ge层硅片锗面相对，每组用钼片相隔，放入烧结炉内，在960℃下键合50分钟；(8)随炉缓慢降温至室温，取出，便制得N-/P+型用锗进行硅/硅键合的衬底片。
该衬底片上层是N-型硅，下层是P+型硅，中间是掺有硼的硅锗键合层。
取样进行检测键合率达95％；键合强度150Kg/cm2；键合区不存在污染层、多晶层、氧化层。
实施例2用锗进行硅/硅键合制备N-/N+型衬底片。
(1)清洗待处理的N+型抛光硅片；(2)将清洗后的洁净抛光硅片，放进通入氢气的外延炉内，在常压下，赶气升温至1100℃；(3)在此温度下，用氢气携带HCl气体，通入炉内，HCl的流量为1l/min，进行气相抛光10min，去除硅表面损伤及沾污层10μm；(4)赶气降温至300℃，用氢气携带GeH4并携带P，通入炉内，GeH4的通入量为1l/min，P的掺杂浓度为1×1019/cm3，淀积锗层，淀积时间为10min，淀积厚度为300nm，在N+硅片上形成Ge层；(5)将炉缓慢降温至室温，取出硅片；(6)按上述方法步骤，利用自掺杂，在N-硅片上形成Ge层；(7)将上述处理好的N+Ge层硅片与N-Ge层硅片锗面相对，每组用钼片相隔，放入烧结炉内，在900℃下键合20分钟；(8)随炉缓慢降温至室温，取出，便制得N-/N+型用锗进行硅/硅键合的衬底片。
该衬底片上层是N-型硅，下层是N+型硅，中间是掺有磷的硅锗键合层。
取样进行检测键合率达97％；键合强度160Kg/Cm2；键合区不存在污染层、多晶层、氧化层。
实施例3用锗进行硅/硅键合制备P+/N+型衬底片。
(1)清洗待处理的P+型抛光硅片；(2)将清洗后的洁净抛光硅片，放进通入氢气的外延炉内，在常压下，赶气升温至1200℃；
(3)在此温度下，用氢气携带HBr气体，通入炉内，HBr的流量为1l/min，进行气相抛光10min，去除硅表面损伤及沾污层10μm；(4)赶气降温至1000℃，用氢气携带GeCl4并携带B，通入炉内，GeCl4的通入量为0.2l/min，B的掺杂浓度为5～9×1020/cm3，淀积时间为10min，淀积锗层厚度为60nm，在P+型硅片上形成Ge层；(5)将炉缓慢降温至室温，取出硅片；(6)按上述方法步骤，在N+型硅片上淀积锗层时重掺P，掺杂浓度为4～6×1020/cm3，在N+型硅片上形成Ge层；(7)将上述处理好的P+Ge层硅片与N+Ge层硅片锗面相对，每组用钼片隔开，放入烧结炉内，在740℃下键合30分钟；(8)随炉缓慢降温至室温，取出，便制得P+/N+型用锗进行硅/硅键合的衬底片。
该衬底片上层是P+型硅，下层是N+型硅，中间是掺有磷和硼的硅锗键合层。
取样进行检测键合率达96％；键合强度170Kg/cm2；键合区不存在污染层、多晶层、氧化层。
实施例4用锗进行硅/硅键合制备N-/P-型衬底片。
(1)清洗待处理的P-型抛光硅片；(2)将清洗后的洁净抛光硅片，放进通入氢气的外延炉内，在常压下，赶气升温至1200℃；(3)在此温度下，用氢气携带Br气体通入炉内，Br的流量为1l/min，进行气相抛光2min，去除硅表面损伤及沾污层1μm；(4)将炉降温至800℃，用氢气携带GeCl4通入炉内，GeCl4的通入量为2l/min，利用自掺杂，淀积锗层，淀积时间为30min，淀积锗层厚度3000nm，在N-型硅片上形成Ge层；(5)将炉缓慢降温至室温，取出硅片；(6)将上述处理好的N-Ge层硅片与P-型硅片锗面与硅片正面相对，每组用钼片隔开，放入烧结炉内，在990℃下键合50分钟；(7)随炉缓慢降温至室温，取出，便制得N-/P-型用锗进行硅/硅键合的衬底片。
该衬底片上层是N-型硅，下层是P-型硅，中间是硅锗键合层。
取样进行检测键合率达95％；键合强度150Kg/cm2；键合区不存在污染层、多晶层、氧化层。
权利要求
1.一种硅/硅键合的方法，其特征在于用锗进行硅/硅键合，其工艺步骤是(1)清洗待处理的抛光硅片；(2)将清洗后的洁净抛光硅片，放进通入氢气的外延炉内，在常压或负压下，赶气升温至1100～1200℃；(3)在上述温度下，用氢气带入卤气或卤化物气体，其流量是1l/min，进行气相抛光，去除硅片损伤层及沾污层1--10μm；(4)将上述外延炉赶气降温至300～1000℃，用氢气携带锗的化合物通入炉内，其通入量为0.01l～2l/min，同时进行掺杂，淀积锗层，淀积时间为0.5～30min，淀积厚度为1～3000nm；(5)将外延炉缓慢降温至室温，取出硅片；(6)将上述处理好的硅片，两片相对锗层在中间，放入烧结炉内，在740～990℃下键合20～50分钟；(7)将烧结炉缓慢降温至室温，取出，即制得用锗进行硅/硅键合的硅器件衬底片。
2.按照权利要求1所说的硅/硅键合的方法，其特征在于在外延炉内通入锗化合物的同时通入硼或磷的化合物，在淀积锗的同时掺硼或磷，其掺杂浓度为1×1019～1×1021/cm3，从而使其在P+或N+硅片上形成掺硼或磷的锗层。
3.按照权利要求1所说的硅/硅键合的方法，其特征在于在淀积锗层时，利用自掺杂，使其在P-或N-硅片上形成锗层。
4.一种硅/硅键合制备的硅器件衬底片，其特征在于用锗进行硅/硅键合，键合后制成的硅器件衬底片上、下层是硅，中间层是含有硅锗的键合层。
5.按照权利要求4所说的硅器件衬底片，其特征在于衬底片的上、下层硅，可是N-/N+、P-/P+、P-/N+、N-/P+、N-/P-、N+/P+。
6.按照权利要求4或5所说的硅器件衬底片，其特征在于键合层是掺硼的硅锗层。
7.按照权利要求4或5所说的硅器件衬底片，其特征在于键合层是掺磷的硅锗层。
全文摘要
一种用锗进行硅/硅键合的方法及其制备的硅器件衬底片，其主要技术特征是在硅抛光片上淀积锗层，然后两片相对锗层在中间，放入烧结炉内键合，可制备N
文档编号H01L21/20GK1145529SQ9610850
公开日1997年3月19日 申请日期1996年6月21日 优先权日1996年6月21日
发明者刘玉岭, 徐晓辉, 张文智, 张德臣, 张志花 申请人:河北工业大学