專利名稱：用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合的方法及其制備的硅器件襯底片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種硅/硅鍵合方法及其制備的硅器件襯底片，特別涉及一種用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合的方法及其制備的硅器件襯底片。
目前，國(guó)內(nèi)外特別是日本、美國(guó)、俄國(guó)等均采用親水法進(jìn)行硅/硅直接鍵合制作硅器件襯底片。在Electrochem.Soc.Vol.139.No.11.November1992The Electrochemicai Society.Inc和《電子器件》雜志1995年6月出版的第18卷第2期《硅片直接鍵合技術(shù)在雙極功率器件中的應(yīng)用》文章以及1996年3月第19卷第1期的《硅片鍵合制備SOI襯底》文章中，都公開了一種用親水法進(jìn)行硅/硅鍵合制備硅器件襯底片的方法。這種方法制備的襯底片，其鍵合層存在多晶層或SixOy及吸附沾污層，容易產(chǎn)生空洞和非鍵合區(qū)，致使鍵合率低，有夾層，從而影響器件的制備性能，因此不能在工業(yè)上大規(guī)模推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的目的之一是提供一種用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合的方法。
本發(fā)明的目的之二是提供一種用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合制備的硅器件襯底片。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實(shí)現(xiàn)用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合的工藝步驟是(1)清洗待處理的拋光硅片；(2)將清洗后的潔凈拋光硅片，放進(jìn)通入氫氣的外延爐內(nèi)，在常壓或負(fù)壓下，趕氣升溫至1100～1200℃；(3)在上述溫度下，用氫氣攜帶鹵氣或鹵化物氣體通入爐內(nèi)，其流量是1l/min，進(jìn)行氣相拋光，去除硅片損傷層及沾污層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(nèi)，其通入量為0.01l～2l/min，同時(shí)進(jìn)行摻雜，淀積鍺層，淀積時(shí)間為0.5～30min，淀積厚度為1～3000nm，(5)將外延爐緩慢降溫至室溫，取出硅片；(6)將上述處理好的硅片，兩片相對(duì)鍺層在中間，放入燒結(jié)爐內(nèi)，在740～990℃下鍵合20～50分鐘；(7)將燒結(jié)爐緩慢降溫至室溫，取出，即制得用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合的硅器件襯底片。
在上述用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合的方法中，在外延爐內(nèi)通入鍺化合物的同時(shí)還可以通入硼或磷的化合物，在淀積鍺的同時(shí)摻硼或磷，其摻雜濃度為1×1019～1×1021/cm3，使其在P+或N+硅片上形成鍺層。也可以利用自摻雜，使其在P-或N-硅片上形成鍺層。
用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合后制成的硅器件襯底片上、下層是硅，中間層是高溫?cái)U(kuò)散形成的硅鍺鍵合層。
在淀積鍺層時(shí)，如摻硼，其鍵合層是摻有硼的硅鍺層；如摻磷，其鍵合層是摻有磷的硅鍺層。
襯底片的上、下層硅可是N-/N+、P-/P+、P-/N+、N-/P+、N-/P-、N+/P+。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明利用了硅鍺材料高性能的特點(diǎn)，以及鍺原子半徑大，可對(duì)硅中摻雜有很好的原子半徑應(yīng)力補(bǔ)償效應(yīng)，減少失配缺陷，提高完美性和鍺熔點(diǎn)低(941℃)、容易鍵合等特點(diǎn)。從而使其鍵合率大大提高，可達(dá)到95％以上；鍵合后的襯底不存在SiO2夾層；不存在損傷和多晶層；單晶的純度不降低；光潔度好，并能保證硅片的完美性，且不出空洞。
附圖的圖面說明如下

圖1是在P+硅片上淀積鍺層后形成的P+Ge層硅片斷面示意圖2是在N-硅片上淀積鍺層后形成的N-Ge層硅片斷面示意圖；圖3是用圖1和圖2硅片鍵合后制成的N-/P+型硅器件襯底片斷面示意圖。
圖中1是P+硅片，2是Ge層，3是N-硅片，4是Ge層，5是SiGe鍵合層。
下面用具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述實(shí)施例1用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合制備N-/P+型硅器件襯底片。
(1)清洗待處理的P+型拋光硅片；(2)將清洗后的潔凈拋光硅片，放進(jìn)通入氫氣的外延爐內(nèi)，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(nèi)，HCl的流量為1l/min，進(jìn)行氣相拋光10min，去除硅表面損傷及沾污層9μm；(4)趕氣降溫至900℃，用氫氣攜帶GeCl4并攜帶B，通入爐內(nèi)，GeCl4的通入量為0.02l/min，B的摻雜濃度為1×1019/cm3，淀積鍺層，淀積時(shí)間為2min，淀積厚度為2nm，在P+硅片上形成Ge層；(5)將爐緩慢降溫至室溫，取出硅片；(6)按上述同樣方法步驟，利用自摻雜，在N-硅片上形成Ge層；(7)將上述處理好的P+Ge層硅片與N-Ge層硅片鍺面相對(duì)，每組用鉬片相隔，放入燒結(jié)爐內(nèi)，在960℃下鍵合50分鐘；(8)隨爐緩慢降溫至室溫，取出，便制得N-/P+型用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合的襯底片。
該襯底片上層是N-型硅，下層是P+型硅，中間是摻有硼的硅鍺鍵合層。
取樣進(jìn)行檢測(cè)鍵合率達(dá)95％；鍵合強(qiáng)度150Kg/cm2；鍵合區(qū)不存在污染層、多晶層、氧化層。
實(shí)施例2用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合制備N-/N+型襯底片。
(1)清洗待處理的N+型拋光硅片；(2)將清洗后的潔凈拋光硅片，放進(jìn)通入氫氣的外延爐內(nèi)，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(nèi)，HCl的流量為1l/min，進(jìn)行氣相拋光10min，去除硅表面損傷及沾污層10μm；(4)趕氣降溫至300℃，用氫氣攜帶GeH4并攜帶P，通入爐內(nèi)，GeH4的通入量為1l/min，P的摻雜濃度為1×1019/cm3，淀積鍺層，淀積時(shí)間為10min，淀積厚度為300nm，在N+硅片上形成Ge層；(5)將爐緩慢降溫至室溫，取出硅片；(6)按上述方法步驟，利用自摻雜，在N-硅片上形成Ge層；(7)將上述處理好的N+Ge層硅片與N-Ge層硅片鍺面相對(duì)，每組用鉬片相隔，放入燒結(jié)爐內(nèi)，在900℃下鍵合20分鐘；(8)隨爐緩慢降溫至室溫，取出，便制得N-/N+型用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合的襯底片。
該襯底片上層是N-型硅，下層是N+型硅，中間是摻有磷的硅鍺鍵合層。
取樣進(jìn)行檢測(cè)鍵合率達(dá)97％；鍵合強(qiáng)度160Kg/Cm2；鍵合區(qū)不存在污染層、多晶層、氧化層。
實(shí)施例3用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合制備P+/N+型襯底片。
(1)清洗待處理的P+型拋光硅片；(2)將清洗后的潔凈拋光硅片，放進(jìn)通入氫氣的外延爐內(nèi)，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(nèi)，HBr的流量為1l/min，進(jìn)行氣相拋光10min，去除硅表面損傷及沾污層10μm；(4)趕氣降溫至1000℃，用氫氣攜帶GeCl4并攜帶B，通入爐內(nèi)，GeCl4的通入量為0.2l/min，B的摻雜濃度為5～9×1020/cm3，淀積時(shí)間為10min，淀積鍺層厚度為60nm，在P+型硅片上形成Ge層；(5)將爐緩慢降溫至室溫，取出硅片；(6)按上述方法步驟，在N+型硅片上淀積鍺層時(shí)重?fù)絇，摻雜濃度為4～6×1020/cm3，在N+型硅片上形成Ge層；(7)將上述處理好的P+Ge層硅片與N+Ge層硅片鍺面相對(duì)，每組用鉬片隔開，放入燒結(jié)爐內(nèi)，在740℃下鍵合30分鐘；(8)隨爐緩慢降溫至室溫，取出，便制得P+/N+型用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合的襯底片。
該襯底片上層是P+型硅，下層是N+型硅，中間是摻有磷和硼的硅鍺鍵合層。
取樣進(jìn)行檢測(cè)鍵合率達(dá)96％；鍵合強(qiáng)度170Kg/cm2；鍵合區(qū)不存在污染層、多晶層、氧化層。
實(shí)施例4用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合制備N-/P-型襯底片。
(1)清洗待處理的P-型拋光硅片；(2)將清洗后的潔凈拋光硅片，放進(jìn)通入氫氣的外延爐內(nèi)，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(nèi)，Br的流量為1l/min，進(jìn)行氣相拋光2min，去除硅表面損傷及沾污層1μm；(4)將爐降溫至800℃，用氫氣攜帶GeCl4通入爐內(nèi)，GeCl4的通入量為2l/min，利用自摻雜，淀積鍺層，淀積時(shí)間為30min，淀積鍺層厚度3000nm，在N-型硅片上形成Ge層；(5)將爐緩慢降溫至室溫，取出硅片；(6)將上述處理好的N-Ge層硅片與P-型硅片鍺面與硅片正面相對(duì)，每組用鉬片隔開，放入燒結(jié)爐內(nèi)，在990℃下鍵合50分鐘；(7)隨爐緩慢降溫至室溫，取出，便制得N-/P-型用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合的襯底片。
該襯底片上層是N-型硅，下層是P-型硅，中間是硅鍺鍵合層。
取樣進(jìn)行檢測(cè)鍵合率達(dá)95％；鍵合強(qiáng)度150Kg/cm2；鍵合區(qū)不存在污染層、多晶層、氧化層。
權(quán)利要求
1.一種硅/硅鍵合的方法，其特征在于用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合，其工藝步驟是(1)清洗待處理的拋光硅片；(2)將清洗后的潔凈拋光硅片，放進(jìn)通入氫氣的外延爐內(nèi)，在常壓或負(fù)壓下，趕氣升溫至1100～1200℃；(3)在上述溫度下，用氫氣帶入鹵氣或鹵化物氣體，其流量是1l/min，進(jìn)行氣相拋光，去除硅片損傷層及沾污層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(nèi)，其通入量為0.01l～2l/min，同時(shí)進(jìn)行摻雜，淀積鍺層，淀積時(shí)間為0.5～30min，淀積厚度為1～3000nm；(5)將外延爐緩慢降溫至室溫，取出硅片；(6)將上述處理好的硅片，兩片相對(duì)鍺層在中間，放入燒結(jié)爐內(nèi)，在740～990℃下鍵合20～50分鐘；(7)將燒結(jié)爐緩慢降溫至室溫，取出，即制得用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合的硅器件襯底片。
2.按照權(quán)利要求1所說的硅/硅鍵合的方法，其特征在于在外延爐內(nèi)通入鍺化合物的同時(shí)通入硼或磷的化合物，在淀積鍺的同時(shí)摻硼或磷，其摻雜濃度為1×1019～1×1021/cm3，從而使其在P+或N+硅片上形成摻硼或磷的鍺層。
3.按照權(quán)利要求1所說的硅/硅鍵合的方法，其特征在于在淀積鍺層時(shí)，利用自摻雜，使其在P-或N-硅片上形成鍺層。
4.一種硅/硅鍵合制備的硅器件襯底片，其特征在于用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合，鍵合后制成的硅器件襯底片上、下層是硅，中間層是含有硅鍺的鍵合層。
5.按照權(quán)利要求4所說的硅器件襯底片，其特征在于襯底片的上、下層硅，可是N-/N+、P-/P+、P-/N+、N-/P+、N-/P-、N+/P+。
6.按照權(quán)利要求4或5所說的硅器件襯底片，其特征在于鍵合層是摻硼的硅鍺層。
7.按照權(quán)利要求4或5所說的硅器件襯底片，其特征在于鍵合層是摻磷的硅鍺層。
全文摘要
一種用鍺進(jìn)行硅/硅鍵合的方法及其制備的硅器件襯底片，其主要技術(shù)特征是在硅拋光片上淀積鍺層，然后兩片相對(duì)鍺層在中間，放入燒結(jié)爐內(nèi)鍵合，可制備N
文檔編號(hào)H01L21/20GK1145529SQ9610850
公開日1997年3月19日 申請(qǐng)日期1996年6月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月21日
發(fā)明者劉玉嶺, 徐曉輝, 張文智, 張德臣, 張志花 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)