應變層的生長方法以及帶有應變層的襯底的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種應變層的生長方法以及帶有應變層的襯底。所述方法包括如下步驟：提供襯底，所述襯底包括支撐層、埋層以及頂層半導體層；在頂層半導體層和埋層中形成貫通的腐蝕窗口；通過腐蝕窗口腐蝕埋層，以使頂層半導體層部分懸空；將所述襯底置于第一溫度下，在頂層半導體層的腐蝕窗口處形成橋接條，所述橋接條采用金屬-絕緣體相變材料制成；改變所述橋接條的溫度至第二溫度，從而使懸空的頂層半導體層發(fā)生應變。本發(fā)明的優(yōu)點在于，利用金屬-絕緣體相變現(xiàn)象會在某一特定的相變溫度下引入明顯的尺寸改變的特性，通過橋接條引入足夠的應變力，是一種低成本而高效的方法。
【專利說明】應變層的生長方法以及帶有應變層的襯底
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體材料領域，尤其涉及一種應變層的生長方法以及帶有應變層的襯底。
【背景技術】
[0002]微電子技術的高速發(fā)展使得摩爾定律越來越接近其物理極限，硅基光電集成在近年來被認為是能夠有效解決摩爾定律的延伸。目前，阻礙硅基光電集成的主要障礙是如何解決硅基與CMOS兼容的光源問題。因此，尋找一種能與硅基工藝相兼容的有效發(fā)光材料是硅基光電集成的重要所在。
[0003]當Ge薄膜中的張應力大約2% (當Ge高摻雜時，需要的張應力更小)，可以由原來的間接帶隙轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋?，滿足了硅基光電集成的材料要求，因此可以用來制作硅基激光器，從而為低成本片上實現(xiàn)光電集成提供了途徑。
[0004]制備張應力Ge薄膜的方法主要有一下幾種:1、利用Ge與Si熱膨脹系數(shù)的差異，通過直接熱處理得到張應變的Ge薄膜，但是這種方法得到的應變Ge的度小，僅3% ;2、利用II1-V族化合物作為緩沖層，可以得到大應力的應變Ge，但是由于外延II1-V族材料需要MBE或者MOCVD，價格昂貴，生長速度慢，從而增加了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種應變層的生長方法以及帶有應變層的襯底，能夠以較低的成本獲得較大的應變。
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種應變層的生長方法，包括如下步驟:提供襯底，所述襯底包括支撐層，支撐層表面的埋層以及埋層表面的頂層半導體層；在頂層半導體層和埋層中形成貫通的腐蝕窗口 ；通過腐蝕窗口腐蝕埋層，以使頂層半導體層部分懸空；將所述襯底置于第一溫度下，在頂層半導體層的腐蝕窗口處形成橋接條，所述橋接條的一端與頂層半導體層懸空部分的表面連接，另一端與懸空部分在腐蝕窗口中的相對側表面連接，所述橋接條采用金屬-絕緣體相變材料制成；改變所述橋接條的溫度至第二溫度，使所述橋接條內(nèi)部發(fā)生金屬-絕緣體相變而收縮或伸展，從而使懸空的頂層半導體層發(fā)生應變。
[0007]可選的，所述頂層半導體層的材料選自于鍺、硅以及II1-V族化合物半導體中的
任意一種。
[0008]可選的，所述橋接條的材料為二氧化釩。
[0009]可選的，所述改變所述橋接條至第二溫度的步驟，進一步是采用提高環(huán)境溫度的方式。
[0010]可選的，所述改變所述橋接條至第二溫度的步驟，進一步是采用向橋接條中通入電流使其發(fā)熱的方式以升高溫度。
[0011]可選的，所述形成橋接條的步驟進一步包括:在腐蝕窗口中形成填充層，以平坦化所述頂層半導體層的表面；在頂層半導體層的表面形成橋接條；去除填充層。
[0012]可選的，所述形成橋接條的工藝進一步選自于物理沉積和化學沉積方法中的任意一種。
[0013]本發(fā)明進一步提供了一種帶有應變層的襯底，包括支撐層，支撐層表面的埋層以及埋層表面的頂層半導體層，所述頂層半導體層和埋層中具有一貫通的窗口，所述窗口一側的埋層內(nèi)陷以使頂層半導體層懸空，在頂層半導體層的窗口處設置一橋接條，所述橋接條的一端與頂層半導體層懸空部分的表面連接，另一端與懸空部分在窗口中的相對側表面連接，所述橋接條采用金屬-絕緣體相變材料制成。
[0014]可選的，所述頂層半導體層的材料選自于鍺、硅以及II1-V族化合物半導體中的
任意一種。
[0015]可選的，所述橋接條的材料為二氧化釩。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點在于，利用金屬-絕緣體相變現(xiàn)象會在某一特定的相變溫度下引入明顯的尺寸改變的特性，通過橋接條引入足夠的應變力，是一種低成本而高效的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖1所示是本發(fā)明所述【具體實施方式】的實施步驟示意圖。
[0018]附圖2A至附圖2G所示是本發(fā)明所述【具體實施方式】的工藝示意圖。
[0019]附圖3所示是氧化釩材料的金屬-半導體相變特性圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發(fā)明提供的一種應變層的生長方法以及帶有應變層的襯底的【具體實施方式】做詳細說明。
[0021]附圖1所示是本發(fā)明所述【具體實施方式】的實施步驟示意圖，包括:步驟S100，提供襯底，所述襯底包括支撐層，支撐層表面的埋層以及埋層表面的頂層半導體層；步驟S110，在頂層半導體層和埋層中形成貫通的腐蝕窗口 ；步驟S120，通過腐蝕窗口腐蝕埋層，以使頂層半導體層部分懸空；步驟S131，在腐蝕窗口中形成填充層，以平坦化所述頂層半導體層的表面；步驟S132，將所述襯底置于第一溫度下，在頂層半導體層的表面形成橋接條；步驟S133，去除填充層；步驟S140，改變所述橋接條的溫度至第二溫度，使所述橋接條發(fā)生金屬-半導體相變而收縮或伸展，從而使懸空的頂層半導體層發(fā)生應變。
[0022]附圖2A至附圖2G所示是本發(fā)明所述【具體實施方式】的工藝示意圖。
[0023]附圖2A所示，參考步驟S100，提供襯底200，所述襯底包括支撐層201，支撐層201表面的埋層202，以及埋層202表面的頂層半導體層203。所述支撐層201的材料可以是包括單晶硅和藍寶石等材料的任意一種常見的襯底材料。所述頂層半導體層203的材料選自于鍺、硅以及II1-V族化合物半導體中的任意一種。所述埋層202的材料應當選用與頂層半導體層203之間有腐蝕選擇性的材料，例如可以是氧化硅或者氮化硅等。
[0024]附圖2B所示，參考步驟S110，在頂層半導體層203和埋層202中形成貫通的腐蝕窗口 210。形成腐蝕窗口 210的方法可以包括如下步驟:在頂層半導體層203的表面形成圖形化腐蝕阻擋層；通過圖形化的腐蝕阻擋層對頂層半導體層203和埋層202實施干法刻蝕以形成腐蝕窗口 210。
[0025]附圖2C所示，參考步驟S120，通過腐蝕窗口 210腐蝕埋層202，以使頂層半導體層203部分懸空。此處的腐蝕應當采取對埋層202有較高腐蝕速率的選擇性腐蝕方法，例如對于頂層半導體層203為單晶硅或單晶鍺，而埋層202為氧化硅或氮化硅的實施方式而言，可以采用氫氟酸作為腐蝕液進行腐蝕。本【具體實施方式】以腐蝕窗口 210單側的頂層半導體層203懸空為例進行敘述，對于無需懸空的部分，可以采用光刻膠等材料覆蓋以形成阻擋。在其他的【具體實施方式】中，也可以使腐蝕窗口 210的兩相對側的頂層半導體層203全部懸空。
[0026]附圖2D所示，參考步驟S131，在腐蝕窗口 210中形成填充層220，以平坦化所述頂層半導體層203的表面。 所述填充層220的材料例如可以是光刻膠，也可以是氧化硅或者氮化娃等材料。
[0027]附圖2E所示，參考步驟S132，將所述襯底200置于第一溫度下，在頂層半導體層203的表面形成橋接條230，所述橋接條230的一端與頂層半導體層203懸空部分的表面連接，另一端與懸空部分在腐蝕窗口 210中的相對側表面連接。所述形成橋接條230的工藝進一步選自于溶膠-凝膠法，物理沉積和化學沉積方法中的任意一種。該工藝形成的是連續(xù)的薄膜，需要經(jīng)過圖形化以形成具有預定形狀的橋接條230。
[0028]附圖2F所示，參考步驟S133，去除填充層220?？梢酝ㄟ^橋接條230兩側與腐蝕窗口 210之間的縫隙(垂直于圖面方向，未圖示)進行溶解或者腐蝕，以除去填充層220。
[0029]附圖2G所示，參考步驟S140，改變所述橋接條230的溫度至第二溫度，使所述橋接條230發(fā)生金屬-絕緣體相變而伸展或收縮，從而使懸空的頂層半導體層203發(fā)生應變。材料在溫度改變的情況下通常都會膨脹或收縮，因此單純的依靠熱膨脹系數(shù)差是不能夠在頂層半導體層203中引入足夠的應力的。而金屬-絕緣體相變則會在某一特定的相變溫度下引入明顯的尺寸改變，因此可以引入足夠的應變力。
[0030]本【具體實施方式】以二氧化釩為例解釋其效果。附圖3所示是氧化釩材料的金屬-半導體相變特性圖。從相圖可以看出，Ml到R相的轉(zhuǎn)變使得材料的CR軸向上收縮~1%，而在其他兩個方向上膨脹?’從Ml相到M2相，材料在CR方向上伸長~1%。所以，從M2相到R相，材料在CR方向上收縮~2%。氧化釩材料相變溫度在68攝氏度附近發(fā)生，比較接近室溫，且相變體積的變化比一般的無機物驅(qū)動器高幾個數(shù)量級，而且也高于壓電材料體積的變化，因此是一種優(yōu)選的材料。
[0031]本【具體實施方式】的附圖2G以頂層半導體層203被拉伸而引入張應力為例。若橋接條230的材料為二氧化釩，則第一溫度應當?shù)陀?8攝氏度，而第二溫度應當高于68攝氏度。在其他的【具體實施方式】中，應當根據(jù)不同的材料，以及需要在頂層半導體層203中獲得張應力還是壓應力來確定不同的第一溫度值和第二溫度值。
[0032]上述步驟實施完畢后即獲得了一種帶有應變層的襯底200，包括支撐層201，支撐層201表面的埋層202以及埋層202表面的頂層半導體層203。所述頂層半導體層203和埋層202中具有一貫通的窗口 210，所述窗口 210—側的埋層202內(nèi)陷以使頂層半導體203層懸空。在頂層半導體層203的窗口處設置一橋接條230，所述橋接條230的一端與頂層半導體層203懸空部分的表面連接，另一端與懸空部分在窗口 210中的相對側表面連接，所述橋接條230采用金屬-絕緣體相變材料制成。
[0033]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種應變層的生長方法，其特征在于，包括如下步驟: 提供襯底，所述襯底包括支撐層，支撐層表面的埋層以及埋層表面的頂層半導體層； 在頂層半導體層和埋層中形成貫通的腐蝕窗口； 通過腐蝕窗口腐蝕埋層，以使頂層半導體層部分懸空； 將所述襯底置于第一溫度下，在頂層半導體層的腐蝕窗口處形成橋接條，所述橋接條的一端與頂層半導體層懸空部分的表面連接，另一端與懸空部分在腐蝕窗口中的相對側表面連接，所述橋接條采用金屬-絕緣體相變材料制成； 改變所述橋接條的 溫度至第二溫度，使所述橋接條內(nèi)部發(fā)生金屬-絕緣體相變而收縮或伸展，從而使懸空的頂層半導體層發(fā)生應變。
2.根據(jù)權利要求1所述的應變層的生長方法，其特征在于，所述頂層半導體層的材料選自于鍺、硅以及II1-V族化合物半導體中的任意一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的應變層的生長方法，其特征在于，所述橋接條的材料為二氧化?凡。
4.根據(jù)權利要求1所述的應變層的生長方法，其特征在于，所述改變所述橋接條至第二溫度的步驟，進一步是采用提高環(huán)境溫度的方式。
5.根據(jù)權利要求1所述的應變層的生長方法，其特征在于，所述改變所述橋接條至第二溫度的步驟，進一步是采用向橋接條中通入電流使其發(fā)熱的方式以升高溫度。
6.根據(jù)權利要求1所述的應變層的生長方法，其特征在于，所述形成橋接條的步驟進一步包括: 在腐蝕窗口中形成填充層，以平坦化所述頂層半導體層的表面； 在頂層半導體層的表面形成橋接條； 去除填充層。
7.根據(jù)權利要求5所述的應變層的生長方法，其特征在于，所述形成橋接條的工藝進一步選自于物理沉積和化學沉積方法中的任意一種。
8.一種帶有應變層的襯底，包括支撐層，支撐層表面的埋層以及埋層表面的頂層半導體層，其特征在于，所述頂層半導體層和埋層中具有一貫通的窗口，所述窗口一側的埋層內(nèi)陷以使頂層半導體層懸空，在頂層半導體層的窗口處設置一橋接條，所述橋接條的一端與頂層半導體層懸空部分的表面連接，另一端與懸空部分在窗口中的相對側表面連接，所述橋接條采用金屬-絕緣體相變材料制成。
9.根據(jù)權利要求8所述的帶有應變層的襯底，其特征在于，所述頂層半導體層的材料選自于鍺、硅以及II1-V族化合物半導體中的任意一種。
10.根據(jù)權利要求8所述的帶有應變層的襯底，其特征在于，所述橋接條的材料為二氧化?凡。
【文檔編號】H01L21/02GK103745914SQ201310720840
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權日:2013年12月24日
【發(fā)明者】魏星, 母志強, 薛忠營, 狄增峰, 方子韋 申請人:上海新傲科技股份有限公司