用鍺進行矽/矽鍵合的方法及其製備的矽器件襯底片的製作方法

2023-11-11 20:37:32 3

專利名稱：用鍺進行矽/矽鍵合的方法及其製備的矽器件襯底片的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種矽/矽鍵合方法及其製備的矽器件襯底片，特別涉及一種用鍺進行矽/矽鍵合的方法及其製備的矽器件襯底片。
目前，國內外特別是日本、美國、俄國等均採用親水法進行矽/矽直接鍵合製作矽器件襯底片。在Electrochem.Soc.Vol.139.No.11.November1992The Electrochemicai Society.Inc和《電子器件》雜誌1995年6月出版的第18卷第2期《矽片直接鍵合技術在雙極功率器件中的應用》文章以及1996年3月第19卷第1期的《矽片鍵合製備SOI襯底》文章中，都公開了一種用親水法進行矽/矽鍵合製備矽器件襯底片的方法。這種方法製備的襯底片，其鍵合層存在多晶層或SixOy及吸附沾汙層，容易產生空洞和非鍵合區，致使鍵合率低，有夾層，從而影響器件的製備性能，因此不能在工業上大規模推廣應用。
本發明的目的之一是提供一種用鍺進行矽/矽鍵合的方法。
本發明的目的之二是提供一種用鍺進行矽/矽鍵合製備的矽器件襯底片。
本發明的目的可以通過以下措施來實現用鍺進行矽/矽鍵合的工藝步驟是(1)清洗待處理的拋光矽片；(2)將清洗後的潔淨拋光矽片，放進通入氫氣的外延爐內，在常壓或負壓下，趕氣升溫至1100～1200℃；(3)在上述溫度下，用氫氣攜帶滷氣或滷化物氣體通入爐內，其流量是1l/min，進行氣相拋光，去除矽片損傷層及沾汙層1--10μm；(4)將上述外延爐趕氣降溫至300～1000℃，用氫氣攜帶鍺的化合物通入爐內，其通入量為0.01l～2l/min，同時進行摻雜，澱積鍺層，澱積時間為0.5～30min，澱積厚度為1～3000nm，(5)將外延爐緩慢降溫至室溫，取出矽片；(6)將上述處理好的矽片，兩片相對鍺層在中間，放入燒結爐內，在740～990℃下鍵合20～50分鐘；(7)將燒結爐緩慢降溫至室溫，取出，即製得用鍺進行矽/矽鍵合的矽器件襯底片。
在上述用鍺進行矽/矽鍵合的方法中，在外延爐內通入鍺化合物的同時還可以通入硼或磷的化合物，在澱積鍺的同時摻硼或磷，其摻雜濃度為1×1019～1×1021/cm3，使其在P+或N+矽片上形成鍺層。也可以利用自摻雜，使其在P-或N-矽片上形成鍺層。
用鍺進行矽/矽鍵合後製成的矽器件襯底片上、下層是矽，中間層是高溫擴散形成的矽鍺鍵合層。
在澱積鍺層時，如摻硼，其鍵合層是摻有硼的矽鍺層；如摻磷，其鍵合層是摻有磷的矽鍺層。
襯底片的上、下層矽可是N-/N+、P-/P+、P-/N+、N-/P+、N-/P-、N+/P+。
本發明與現有技術相比有如下優點本發明利用了矽鍺材料高性能的特點，以及鍺原子半徑大，可對矽中摻雜有很好的原子半徑應力補償效應，減少失配缺陷，提高完美性和鍺熔點低(941℃)、容易鍵合等特點。從而使其鍵合率大大提高，可達到95％以上；鍵合後的襯底不存在SiO2夾層；不存在損傷和多晶層；單晶的純度不降低；光潔度好，並能保證矽片的完美性，且不出空洞。
附圖的圖面說明如下

圖1是在P+矽片上澱積鍺層後形成的P+Ge層矽片斷面示意圖2是在N-矽片上澱積鍺層後形成的N-Ge層矽片斷面示意圖；圖3是用圖1和圖2矽片鍵合後製成的N-/P+型矽器件襯底片斷面示意圖。
圖中1是P+矽片，2是Ge層，3是N-矽片，4是Ge層，5是SiGe鍵合層。
下面用具體實施例對本發明作進一步詳述實施例1用鍺進行矽/矽鍵合製備N-/P+型矽器件襯底片。
(1)清洗待處理的P+型拋光矽片；(2)將清洗後的潔淨拋光矽片，放進通入氫氣的外延爐內，在常壓下，趕氣升溫至1150℃；(3)在此溫度下，用氫氣攜帶HCl氣體，通入爐內，HCl的流量為1l/min，進行氣相拋光10min，去除矽表面損傷及沾汙層9μm；(4)趕氣降溫至900℃，用氫氣攜帶GeCl4並攜帶B，通入爐內，GeCl4的通入量為0.02l/min，B的摻雜濃度為1×1019/cm3，澱積鍺層，澱積時間為2min，澱積厚度為2nm，在P+矽片上形成Ge層；(5)將爐緩慢降溫至室溫，取出矽片；(6)按上述同樣方法步驟，利用自摻雜，在N-矽片上形成Ge層；(7)將上述處理好的P+Ge層矽片與N-Ge層矽片鍺面相對，每組用鉬片相隔，放入燒結爐內，在960℃下鍵合50分鐘；(8)隨爐緩慢降溫至室溫，取出，便製得N-/P+型用鍺進行矽/矽鍵合的襯底片。
該襯底片上層是N-型矽，下層是P+型矽，中間是摻有硼的矽鍺鍵合層。
取樣進行檢測鍵合率達95％；鍵合強度150Kg/cm2；鍵合區不存在汙染層、多晶層、氧化層。
實施例2用鍺進行矽/矽鍵合製備N-/N+型襯底片。
(1)清洗待處理的N+型拋光矽片；(2)將清洗後的潔淨拋光矽片，放進通入氫氣的外延爐內，在常壓下，趕氣升溫至1100℃；(3)在此溫度下，用氫氣攜帶HCl氣體，通入爐內，HCl的流量為1l/min，進行氣相拋光10min，去除矽表面損傷及沾汙層10μm；(4)趕氣降溫至300℃，用氫氣攜帶GeH4並攜帶P，通入爐內，GeH4的通入量為1l/min，P的摻雜濃度為1×1019/cm3，澱積鍺層，澱積時間為10min，澱積厚度為300nm，在N+矽片上形成Ge層；(5)將爐緩慢降溫至室溫，取出矽片；(6)按上述方法步驟，利用自摻雜，在N-矽片上形成Ge層；(7)將上述處理好的N+Ge層矽片與N-Ge層矽片鍺面相對，每組用鉬片相隔，放入燒結爐內，在900℃下鍵合20分鐘；(8)隨爐緩慢降溫至室溫，取出，便製得N-/N+型用鍺進行矽/矽鍵合的襯底片。
該襯底片上層是N-型矽，下層是N+型矽，中間是摻有磷的矽鍺鍵合層。
取樣進行檢測鍵合率達97％；鍵合強度160Kg/Cm2；鍵合區不存在汙染層、多晶層、氧化層。
實施例3用鍺進行矽/矽鍵合製備P+/N+型襯底片。
(1)清洗待處理的P+型拋光矽片；(2)將清洗後的潔淨拋光矽片，放進通入氫氣的外延爐內，在常壓下，趕氣升溫至1200℃；
(3)在此溫度下，用氫氣攜帶HBr氣體，通入爐內，HBr的流量為1l/min，進行氣相拋光10min，去除矽表面損傷及沾汙層10μm；(4)趕氣降溫至1000℃，用氫氣攜帶GeCl4並攜帶B，通入爐內，GeCl4的通入量為0.2l/min，B的摻雜濃度為5～9×1020/cm3，澱積時間為10min，澱積鍺層厚度為60nm，在P+型矽片上形成Ge層；(5)將爐緩慢降溫至室溫，取出矽片；(6)按上述方法步驟，在N+型矽片上澱積鍺層時重摻P，摻雜濃度為4～6×1020/cm3，在N+型矽片上形成Ge層；(7)將上述處理好的P+Ge層矽片與N+Ge層矽片鍺面相對，每組用鉬片隔開，放入燒結爐內，在740℃下鍵合30分鐘；(8)隨爐緩慢降溫至室溫，取出，便製得P+/N+型用鍺進行矽/矽鍵合的襯底片。
該襯底片上層是P+型矽，下層是N+型矽，中間是摻有磷和硼的矽鍺鍵合層。
取樣進行檢測鍵合率達96％；鍵合強度170Kg/cm2；鍵合區不存在汙染層、多晶層、氧化層。
實施例4用鍺進行矽/矽鍵合製備N-/P-型襯底片。
(1)清洗待處理的P-型拋光矽片；(2)將清洗後的潔淨拋光矽片，放進通入氫氣的外延爐內，在常壓下，趕氣升溫至1200℃；(3)在此溫度下，用氫氣攜帶Br氣體通入爐內，Br的流量為1l/min，進行氣相拋光2min，去除矽表面損傷及沾汙層1μm；(4)將爐降溫至800℃，用氫氣攜帶GeCl4通入爐內，GeCl4的通入量為2l/min，利用自摻雜，澱積鍺層，澱積時間為30min，澱積鍺層厚度3000nm，在N-型矽片上形成Ge層；(5)將爐緩慢降溫至室溫，取出矽片；(6)將上述處理好的N-Ge層矽片與P-型矽片鍺面與矽片正面相對，每組用鉬片隔開，放入燒結爐內，在990℃下鍵合50分鐘；(7)隨爐緩慢降溫至室溫，取出，便製得N-/P-型用鍺進行矽/矽鍵合的襯底片。
該襯底片上層是N-型矽，下層是P-型矽，中間是矽鍺鍵合層。
取樣進行檢測鍵合率達95％；鍵合強度150Kg/cm2；鍵合區不存在汙染層、多晶層、氧化層。
權利要求
1.一種矽/矽鍵合的方法，其特徵在於用鍺進行矽/矽鍵合，其工藝步驟是(1)清洗待處理的拋光矽片；(2)將清洗後的潔淨拋光矽片，放進通入氫氣的外延爐內，在常壓或負壓下，趕氣升溫至1100～1200℃；(3)在上述溫度下，用氫氣帶入滷氣或滷化物氣體，其流量是1l/min，進行氣相拋光，去除矽片損傷層及沾汙層1--10μm；(4)將上述外延爐趕氣降溫至300～1000℃，用氫氣攜帶鍺的化合物通入爐內，其通入量為0.01l～2l/min，同時進行摻雜，澱積鍺層，澱積時間為0.5～30min，澱積厚度為1～3000nm；(5)將外延爐緩慢降溫至室溫，取出矽片；(6)將上述處理好的矽片，兩片相對鍺層在中間，放入燒結爐內，在740～990℃下鍵合20～50分鐘；(7)將燒結爐緩慢降溫至室溫，取出，即製得用鍺進行矽/矽鍵合的矽器件襯底片。
2.按照權利要求1所說的矽/矽鍵合的方法，其特徵在於在外延爐內通入鍺化合物的同時通入硼或磷的化合物，在澱積鍺的同時摻硼或磷，其摻雜濃度為1×1019～1×1021/cm3，從而使其在P+或N+矽片上形成摻硼或磷的鍺層。
3.按照權利要求1所說的矽/矽鍵合的方法，其特徵在於在澱積鍺層時，利用自摻雜，使其在P-或N-矽片上形成鍺層。
4.一種矽/矽鍵合製備的矽器件襯底片，其特徵在於用鍺進行矽/矽鍵合，鍵合後製成的矽器件襯底片上、下層是矽，中間層是含有矽鍺的鍵合層。
5.按照權利要求4所說的矽器件襯底片，其特徵在於襯底片的上、下層矽，可是N-/N+、P-/P+、P-/N+、N-/P+、N-/P-、N+/P+。
6.按照權利要求4或5所說的矽器件襯底片，其特徵在於鍵合層是摻硼的矽鍺層。
7.按照權利要求4或5所說的矽器件襯底片，其特徵在於鍵合層是摻磷的矽鍺層。
全文摘要
一種用鍺進行矽/矽鍵合的方法及其製備的矽器件襯底片，其主要技術特徵是在矽拋光片上澱積鍺層，然後兩片相對鍺層在中間，放入燒結爐內鍵合，可製備N
文檔編號H01L21/20GK1145529SQ9610850
公開日1997年3月19日 申請日期1996年6月21日 優先權日1996年6月21日
發明者劉玉嶺, 徐曉輝, 張文智, 張德臣, 張志花 申請人:河北工業大學