基于非晶化與尺度效應的晶圓級單軸應變sgoi的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于非晶化與尺度效應的晶圓級單軸應變SGOI的制作方法。其實現(xiàn)步驟是：在清洗后的SGOI晶圓頂層SiGe層上淀積SiO2層；對頂層SiGe層進行離子注入形成非晶化層，并去除非晶化層上的SiO2層；在頂層SiGe層上淀積張應力SiN薄膜或壓應力SiN薄膜后將SiN薄膜刻蝕成單軸應力SiN條狀陣列，并對該SGOI晶圓進行退火，使非晶化層重結晶，使SiO2埋絕緣層發(fā)生塑性形變；刻蝕掉SiN條狀陣列，得到晶圓級單軸應變SGOI。本發(fā)明應變量大、成本低，可用于制作晶圓級單軸應變SGOI材料。
【專利說明】
基于非晶化與尺度效應的晶圓級單軸應變SGOI的制作方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于微電子技術領域，涉及半導體材料制作工藝技術，特別是一種晶圓級單軸應變SGOI材料的制作方法，可用于制作超高速、低功耗、高集成度、光電集成電路所需的SGOI晶圓，能顯著增強SGOI晶圓的載流子迀移率，提高SGOI器件與電路的性能。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的體Si材料的載流子迀移率很難滿足未來高性能半導體器件和電路的需求。
[0003]應變SiGe器件與電路具有工作頻率高、功耗小、與Si工藝兼容、成本低等優(yōu)點，其在微波器件、移動通信、高頻電路等產業(yè)領域有著廣泛的應用前景和競爭優(yōu)勢。SiGe還是極優(yōu)異的光電材料，在探測器、調制器、光波導、光發(fā)射器、太陽電池、光電集成等方面有著廣泛的應用，但是Ge組分使SiGe器件的漏電較大。
[0004]SG0I，即絕緣層上鍺硅是一種具有“SiGe/埋絕緣層/Si”三層結構的新型Si基半導體材料，其中埋絕緣層阻礙了電流泄漏，解決了 SiGe材料的襯底電問題。
[0005]應變技術可較大提升SiGe的載流子迀移率，結合了應變技術和SGOI優(yōu)點的絕緣層上應變鍺硅SSGOI為研發(fā)新型的超高速、低功耗、抗輻射、高集成度器件和芯片提供了一種新的解決方案，在光電集成、系統(tǒng)級芯片等方面有著重要的應用前景。
[0006]傳統(tǒng)的應變SGOI，即在SOI晶圓上直接生長應變SiGe，或先在SOI晶圓上生長Ge組分漸變的SiGe層作虛襯底，再在該SiGe層上外延生長所需的應變SiGe層主要缺點是位錯密度高、只能是雙軸應變、迀移率提升不高、SiGe虛襯底增加了熱開銷和制作成本、SiGe虛襯底嚴重影響了器件與電路的散熱、應變SiGe層臨界厚度受Ge組分限制、高場下的空穴迀移率提升會退化等。
[0007]2011年西安電子科技大學獲得的一種采用機械彎曲并在彎曲狀態(tài)下退火制作晶圓級單軸應變SGOI材料的新方法專利(CN201110361525)，用以制作晶圓級單軸應變SGOI材料，其主要工藝如圖1所示，步驟如下:
[0008]1.SGOI晶圓頂層SiGe層面向上或向下放置在弧形彎曲臺上；
[0009]2.兩根圓柱形不銹鋼壓桿分別水平放置在SGOI晶圓兩端，距SGOI晶圓邊緣I cm ；
[0010]3.緩慢旋動連接壓桿的螺帽，使SGOI晶圓沿弧形臺面逐漸彎曲，直至SGOI晶圓完全與弧形臺面貼合；
[0011]4.載有SGOI晶圓的弧形彎曲臺放置在退火爐中進行退火，退火溫度在200°C至1250°C范圍內可任意選擇；
[0012]5.退火結束后緩慢降溫至室溫，取出載有SGOI晶圓的弧形彎曲臺；
[0013]6.旋動連接壓桿的螺帽，將壓桿緩慢提升，直至彎曲的SGOI晶圓恢復原狀。
[0014]但是該方法存在以下幾個缺點:I)與傳統(tǒng)集成電路工藝兼容性差:為了獲得不同應變量的SGOI晶圓，該方法需要額外制作對應的不同曲率半徑的彎曲臺，且所制作的彎曲臺需要兼容現(xiàn)有退火設備。2)可靠性較差:該工藝方法需使用壓桿施加機械外力使SGOI晶圓彎曲，會在頂層鍺硅中引入缺陷；若SGOI晶圓彎曲度過大，會造成晶圓碎裂。3)由于擔心SGOI晶圓碎裂，所以機械彎曲的彎曲度不能過大，這就限制了在頂層鍺硅中引入的應變量的大小，所能實現(xiàn)的應變量較小。

【發(fā)明內容】

[0015]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于非晶化與尺度效應的晶圓級單軸應變SGOI的制作方法，以降低晶圓級單軸應變SGOI制作成本，增加應變量，提高載流子迀移率，滿足超高速、低功耗、高集成度電路的需求。
[0016]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
[0017]一.技術原理:
[0018]通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝，在SGOI晶圓上淀積具有雙軸張應力或雙軸壓應力的SiN薄膜。當SiN薄膜被刻蝕成寬度為亞微米級的長條時，由于“尺度效應”的影響，SiN條寬度方向的應力會釋放掉，而SiN條長度方向為宏觀尺度的應力得到保留，SP得到具有單軸張應力或單軸壓應力的SiN條狀陣列，其沿著條長方向對頂層SiGe層中的非晶化層施加單軸張應力或單軸壓應力。在400°C?420°C退火，可使非晶化層重結晶，由于頂層SiGe層的非晶化層在退火過程中始終受到SiN條狀陣列施加的單軸張應力或單軸壓應力，因而在退火過程中由單軸張應力或單軸壓應力引起的單軸張應變或單軸壓應變被保留到頂層SiGe層中，最終在退火后得到晶圓級單軸應變的頂層SiGe層，同時，退火使S12埋絕緣層發(fā)生塑性形變，該塑性形變的S12埋絕緣層對單軸應變的頂層SiGe層具有拉持作用，以保障去除SiN薄膜后頂層SiGe層的應變不會消失，最終可得到晶圓級單軸應變SOI材料。
[0019]二.實現(xiàn)步驟:
[0020]根據(jù)上述原理，本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下:
[0021]I)選取SGOI晶圓進行清洗，該SGOI晶圓包括頂層SiGe層、S12埋絕緣層和Si襯底；
[0022]2)在頂層SiGe層上通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積厚度為13nm?15nm的S12層，以消除后續(xù)離子注入工藝的溝道效應；
[0023]3)對頂層SiGe層進行離子注入，以在頂層SiGe層內部形成非晶化層；
[0024]4)去除非晶化層上的S12層；
[0025]5)在頂層SiGe層上采用等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積-1GPa以上的壓應力SiN薄膜或淀積IGPa以上的張應力SiN薄膜；
[0026]6)用光刻和反應離子刻蝕RIE工藝方法將張應力SiN薄膜或壓應力SiN薄膜刻蝕成寬度和間距均為0.Ιμπι?0.13μπι的SiN條狀陣列，以消除SiN條寬度方向的應力，得到單軸張應力SiN條狀陣列或單軸壓應力SiN條狀陣列；
[0027]7)對帶有SiN條狀陣列的SGOI晶圓進行退火，進一步增強SiN條狀陣列應力，并使非晶化層再結晶，同時使S12埋絕緣層發(fā)生塑性形變，保證SiN條狀陣列去除后頂層SiGe層的應力不消失；
[0028]8)采用濕法刻蝕去除掉SiN條狀陣列，得到晶圓級單軸張應變SGOI材料或晶圓級單軸壓應變SGOI材料。
[0029]本發(fā)明與現(xiàn)有的晶圓級單軸應變SGOI制造技術相比，具有如下優(yōu)點:
[0030]1.成品率高
[0031]本發(fā)明使用單軸張應力SiN條狀陣列或單軸壓應力SiN條狀陣列引入應變，避免了機械致晶圓級單軸應變SGOI方法對SGOI晶圓進行彎曲引起的破損和缺陷問題，成品率高。
[0032]2.平整度高
[0033]本發(fā)明使用單軸張應力SiN條狀陣列或單軸壓應力SiN條狀陣列引入應變，避免了機械致晶圓級單軸應變SGOI方法中對SGOI晶圓彎曲退火后SGOI晶圓平整度較低的問題。
[0034]3.應變量大
[0035]本發(fā)明采用單軸張應力SiN條狀陣列或單軸壓應力SiN條狀陣列引入單軸應變，且S12埋絕緣層退火后發(fā)生塑性形變對頂層SiGe層具有拉持作用，增大了頂層SiGe層應變量，使得載流子迀移率有了明顯的提升。
【附圖說明】
[0036]圖1為現(xiàn)有晶圓級單軸應變SGOI的工藝流程圖；
[0037]圖2為本發(fā)明晶圓級單軸應變SGOI的工藝流程圖；
[0038]圖3為本發(fā)明中淀積在頂層SiGe層上的SiN條狀陣列的俯視圖。
【具體實施方式】
[0039]SGOI晶圓，其大小包括3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸和16英寸的不同規(guī)格，且頂層SiGe層厚度為0.3μηι?0.4μηι。
[0040]參照圖2，本發(fā)明給出基于非晶化與氮化硅應力膜尺度效應的晶圓級單軸應變SGOI制作方法的三個實施例，即制作3英寸晶圓級單軸張應變SGOI材料；制作5英寸晶圓級單軸張應變SGOI材料;制作8英寸晶圓級單軸壓應變SGOI材料。上述SGOI晶圓均具有三層結構，即頂層SiGe層l，Si02埋絕緣層2，Si襯底3，如圖2(a)所示。其中:
[0041 ] 3英寸SGOI晶圓，頂層SiGe層I的厚度為0.3μπι，S12埋絕緣層2的厚度為0.5μπι，Si襯底3的厚度為675μπι。
[0042]5英寸SGOI晶圓，頂層SiGe層I的厚度為0.35ym，Si02埋絕緣層2的厚度為0.5ym，Si襯底3的厚度為675μπι。
[0043]8英寸SGOI晶圓，頂層SiGe層I的厚度為0.4μπι，S12埋絕緣層2的厚度為0.5μπι，Si襯底3的厚度為675μπι。
[0044]實施例1，制作3英寸晶圓級單軸張應變SGOI材料。
[0045]步驟1:選用3英寸SGOI晶圓，并對其進行清洗。
[0046](Ia)使用丙酮和異丙醇對所選SGOI晶圓交替進行超聲波清洗，以去除襯底表面有機物污染；
[0047](Ib)將氨水、雙氧水、去離子水按照1:1:3的比例配置成混合溶液，并加熱至1200C，將SGOI晶圓置于此混合溶液中浸泡12min，取出后用大量去離子水沖洗，以去除SGOI晶圓表面無機污染物；
[0048](Ic)將SGOI晶圓用HF酸緩沖液浸泡2min，去除表面的氧化層。
[0049 ] 步驟2:淀積S i02層4，如圖2 (b)所示。
[0050] (2a)將清洗后的SGOI晶圓取出，置于等離子體增強化學氣相淀積PECVD反應室中，啟動真空栗，將反應室抽真空至600mTorr，再啟動加熱器將反應室的溫度升至300°C并保持恒溫；[0051 ] (2b)向反應室內依次通入 45sccm 的 SiH4，164sccm 的 N20，800sccm 的 N2;
[0052](2c)設定低頻LF功率為60W，在SGOI晶圓頂層SiGe層I上淀積厚度為13nm的S12層4；
[0053](2d)淀積完成后將反應室抽真空，再將反應室溫度降溫至室溫后，取出淀積了S12層4的SGOI晶圓。
[0054]步驟3:形成非晶化層5，如圖2(c)所示。
[0055]將淀積S12層4后的SGOI晶圓放入離子注入機，選用Ge離子，設定注入劑量為1.2E16cm—2，注入能量為80keV，對頂層SiGe層I進行離子注入，以在頂層SiGe層I內部形成非晶化層5 ；
[0056]步驟4:去除S i O2層4，如圖2 (d)所示。
[0057]在室溫下，將帶有S12層4的SGOI晶圓在BHF溶液中浸泡30s，去除非晶化層5上的S12層4。
[0058]步驟5:在非晶化層上淀積壓應力SiN薄膜6，如圖2(e)所示。
[0059](5a)將去除S12層4后的SGOI晶圓取出，置于等離子體增強化學氣相淀積PECVD反應室中，先啟動真空栗，再啟動加熱器將反應室的溫度升至400°C并保持恒溫；
[0060](5b)向反應室內依次通入0.23slm的高純SiH4，1.7slm的高純NH3，1.8slm的高純N2,反應室壓強2.4Torr;
[0061 ] (5c)設高頻HF功率為0.15kW，低頻LF功率為0.85kff，在SGOI晶圓非晶化層5上淀積應力大小為-2.IGPa，厚度為0.4μπι的壓應力SiN薄膜6 ；
[0062](5d)淀積完成后將反應室抽真空，再將反應室溫度降溫至室溫后，取出淀積了壓應力SiN薄膜6的SGOI晶圓。
[0063]步驟6:將壓應力SiN薄膜6刻蝕成單軸壓應力SiN條狀陣列7，如圖如圖2(f)所示。
[0064](6a)利用半導體光刻工藝在壓應力SiN薄膜6上涂正光刻膠，將光刻膠烘干，利用具有條形寬度和間隔均為0.1ym的光刻板進行曝光，曝光的區(qū)域為寬度和間隔均為0.Ιμπι的條狀陣列，再用顯影液去除掉曝光區(qū)域易溶于顯影液的正光刻膠，在壓應力SiN薄膜6上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列；
[0065](6b)將SGOI晶圓放入反應離子刻蝕機中刻蝕掉淀積在SGOI晶圓頂層SiGe層I上的無光刻膠掩蔽膜保護的壓應力SiN薄膜6，留下條狀光刻膠掩蔽膜下的壓應力SiN薄膜6，得到寬度和間距均為0.Ιμπι的SiN條狀陣列7，以消除SiN條寬度方向的應力，保留SiN條長度方向的應力，得到單軸壓應力SiN條狀陣列7。如圖2(f)所示；
[0066](6c)去除條狀光刻膠掩蔽膜，僅留下SiN條狀陣列7，帶有SiN條狀陣列的SGOI晶圓俯視圖如圖3所示。
[0067]步驟7:對帶有SiN條狀陣列7的SGOI晶圓進行退火，如圖2 (g)所示。
[0068](7a)在退火爐中，先按照4°C/min的升溫速率將溫度由室溫提升至400°C后，將帶有SiN條狀陣列7的SGOI晶圓在惰性氣體Ar下退火4.5h ；
[0069](7b)再按照4°C/min的降溫速率將退火爐溫度降至室溫，退火后SGOI晶圓頂層SiGe層I變?yōu)閱屋S應變頂層SiGe層8;
[0070](7c)在退火過程中SiN條狀陣列應力進一步增強，使非晶化層5重結晶，同時使S12埋絕緣層2發(fā)生塑性形變，變成塑性形變S12埋絕緣層9，以保證SiN條狀陣列去除后其上的應變頂層S iGe層8的應力不消失。
[0071]步驟8:去除SGOI晶圓上的SiN條狀陣列，如圖2(h)所示。
[0072]配置1570C，體積分數(shù)為86%的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列7的SGOI晶圓在熱磷酸溶液中浸泡4min，去除掉SiN條狀陣列7，得到3英寸晶圓級單軸張應變SGOI材料。
[0073]實施例2，制作5英寸晶圓級單軸張應變SGOI材料。
[0074]步驟一:選用5英寸SGOI，并對其進行清洗。
[0075]本步驟的實現(xiàn)與實施例1的步驟I相同。
[0076]步驟二:將清洗后的SGOI晶圓取出，在其頂層SiGe層I上通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積S12層4，如圖2(b)所示。
[0077]淀積步驟與實施例1的步驟2相同，
[0078]采用的工藝參數(shù):SiH4流量為45sccm，N20流量為164sccm，N2流量為800sccm，氣壓為600mTorr，功率為60W，淀積溫度為300°C，厚度14nm。
[0079]步驟三:通過離子注入機對頂層SiGe層I內注入劑量為1.3E16cm—2，能量為81keV，的C離子，以在頂層SiGe層I內部形成非晶化層5，如圖2(c)所示。
[0080]步驟四:將帶有S12層4的SGOI晶圓在BHF溶液中浸泡35s，去除非晶化層5上的S12層4，如圖2(d)所示。
[0081]步驟五:采用等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝，在非晶化層5上淀積應力大小為-2.2GPa，厚度為0.5μπι的壓應力SiN薄膜6，如圖2 (e)所示。
[0082]淀積步驟與實施例1步驟5相同；
[0083]淀積工藝參數(shù):高頻HF功率為0.16kW，低頻LF功率為0.84kff，高純SiH4流量為
0.24slm，高純NH3流量為1.8slm，高純氮氣流量為1.9slm，反應室壓強為3.0Torr，反應室溫度為400°C。
[0084]步驟六:利用半導體光刻和刻蝕技術，將壓應力SiN薄膜6刻蝕成條狀陣列，以消除SiN條寬度方向的應力，保留SiN條長度方向的應力，得到單軸壓應力SiN條狀陣列7。
[0085](6.1)在壓應力SiN薄膜6上涂正光刻膠，將光刻膠烘干，利用具有條形寬度和間隔均為0.1 Ιμπι的光刻板進行曝光，曝光的區(qū)域為寬度和間隔均為0.1 Ιμπι的條狀陣列，用顯影液去除掉曝光區(qū)域易溶于顯影液的正光刻膠，在壓應力SiN薄膜6上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列；
[0086](6.2)采用反應離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在SGOI晶圓頂層SiGe層I上的無光刻膠掩蔽膜保護的SiN薄膜6，留下條狀光刻膠掩蔽膜下的SiN薄膜6，得到寬度和間距均為
0.1lym的單軸壓應力SiN條狀陣列7，如圖2(f)所示；
[0087](6.3)去除條狀光刻膠掩蔽膜，僅留下SiN條狀陣列7，帶有SiN條狀陣列的SGOI晶圓俯視圖如圖3所示。
[0088]步驟七:在退火爐中，按照4°C/min的升溫速率將溫度由室溫提升至410°C后，將帶有SiN條狀陣列7的SGOI晶圓在惰性氣體He下退火4.1h，以進一步增強SiN條狀陣列應力，并使非晶化層再結晶，同時使S12埋絕緣層2發(fā)生塑性形變，變成塑性形變S12埋絕緣層9，以保證SiN條狀陣列去除后頂層SiGe層8的應力不消失;再按照4°C/min的降溫速率將退火爐溫度降至室溫。退火后頂層SiGe層I變?yōu)閱屋S應變頂層SiGe層8。如圖2(g)所示。
[0089]步驟八:配置165°C，體積分數(shù)為87%的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列7的SGOI晶圓在熱磷酸溶液中浸泡5min，去除掉SiN條狀陣列7，得到5英寸晶圓級單軸張應變SGOI材料，如圖2(h)所示。
[0090]實施例3，制作8英寸晶圓級單軸壓應變SGOI材料。
[0091]步驟A:選用8英寸SGOI晶圓，并對其進行清洗。
[0092]本步驟的實現(xiàn)與實施例1的步驟I相同。
[0093 ] 步驟B:淀積S i02層4，如圖2 (b)所示。
[0094]將清洗后的SGOI晶圓取出，在其頂層SiGe層I上通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積S12層4，如圖2 (b)所示。
[0095]淀積步驟與實施例1的步驟2相同；
[0096]淀積參數(shù)設置:SiH4流量為45sccm，N20流量為164sccm，N2流量為800sccm，氣壓為600mTorr，功率為60W，淀積溫度為300°C，厚度15nm。
[0097]步驟C:形成非晶化層5，如圖2(c)所示。
[0098]形成S12層4后，通過離子注入機對頂層SiGe層I進行注入劑量為1.4E16cm—2，注入能量為83keV的Si離子注入，以在頂層SiGe層I內部形成非晶化層5，如圖2(c)所示。
[0099 ] 步驟D:去除S i O2層4，如圖2 (d)所示。
[0100]將帶有S12層4的SGOI晶圓在BHF溶液中浸泡40s，去除非晶化層5上的S12層4，以免在淀積張應力SiN薄膜6后阻礙其應力傳遞給非晶化層5，如圖2(d)所示。
[0101]步驟E:在非晶化層上淀積張應力SiN薄膜6，如圖2(e)所示。
[0102]采用等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝，在非晶化層5上淀積應力大小為
2.lGPa，厚度為0.6μπι的張應力SiN薄膜6，如圖2(e)所示。
[0103]設置淀積參數(shù)如下:
[0104]高頻HF功率為1.0kW，低頻LF功率為0.3kW，高純SiH4流量為0.2sIm，高純NH3流量為1.7slm，高純氮氣流量為1.1slm，反應室壓強為3.1Torr，反應室溫度為400°C ;按照與實施例I步驟5相同的步驟進行淀積。
[0105]步驟F:將張應力SiN薄膜6刻蝕成SiN條狀陣列7，如圖2(f)所示。
[0106](Fl)利用半導體光刻工藝在張應力SiN薄膜6上涂正光刻膠，將光刻膠烘干，利用具有條形寬度和間隔均為0.13μηι的光刻板進行曝光，曝光的區(qū)域為寬度和間隔均為0.13μηι的條狀陣列，用顯影液去除掉曝光區(qū)域易溶于顯影液的正光刻膠，在張應力SiN薄膜6上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列；
[0107](F2)采用反應離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在SGOI晶圓頂層SiGe層上的無光刻膠掩蔽膜區(qū)域，即曝光區(qū)域下的SiN薄膜6，留下條狀光刻膠掩蔽膜下的SiN薄膜6，得到寬度和間距均為0.13μπι的單軸應力SiN條狀陣列7，以消除SiN條寬度方向的應力，保留SiN條長度方向的應力，如圖2(f)所示；
[0108](F3)去除條狀光刻膠掩蔽膜，僅留下SiN條狀陣列7，帶有SiN條狀陣列的SGOI晶圓俯視圖如圖3所示。
[0109]步驟G:對帶有SiN條狀陣列7的SGOI晶圓進行退火。
[0110]在退火爐中，按照4°C/min的升溫速率將溫度由室溫提升至420°C后，將帶有SiN條狀陣列7的SGOI晶圓在惰性氣體Ne下退火4h，進一步增強SiN條狀陣列應力，并使非晶化層再結晶，同時使S12埋絕緣層2發(fā)生塑性形變，變成塑性形變S12埋絕緣層9，保證SiN條狀陣列去除后頂層SiGe層8的應力不消失；
[0111]接著，按照4°C/min的降溫速率將退火爐溫度降至室溫，退火后頂層SiGe層I變?yōu)閱屋S應變頂層SiGe層8。如圖2 (g)所示。
[0112]步驟H:去除SGOI晶圓上的SiN條狀陣列。
[0113]配置170°C，體積分數(shù)為87%的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列的SGOI晶圓在熱磷酸溶液中浸泡6min，去除掉SiN條狀陣列7，得到8英寸晶圓級單軸壓應變SGOI材料，如圖2(h)所示。
【主權項】
1.基于非晶化與尺度效應的晶圓級單軸應變SGOI的制作方法，包括如下步驟: 1)選取SGOI晶圓進行清洗，該SGOI晶圓包括頂層SiGe層、S12埋絕緣層和Si襯底； 2)在頂層SiGe層上通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積厚度為13nm?15nm的S12層，以消除后續(xù)離子注入工藝的溝道效應； 3)對頂層SiGe層進行離子注入，以在頂層SiGe層內部形成非晶化層； 4)去除非晶化層上的S12層； 5)在頂層SiGe層上采用等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積-1GPa以上的壓應力SiN應力膜或淀積IGPa以上的張應力SiN薄膜； 6)用光刻和反應離子刻蝕RIE工藝方法將張應力SiN薄膜或壓應力SiN薄膜刻蝕成寬度和間距均為0.Ιμπι?0.13μπι的SiN條狀陣列，以消除SiN條寬度方向的應力，得到單軸張應力SiN條狀陣列或單軸壓應力SiN條狀陣列； 7)對帶有SiN條狀陣列的SGOI晶圓進行退火，進一步增強SiN條狀陣列應力，并使非晶化層再結晶，同時使S12埋絕緣層發(fā)生塑性形變，保證SiN條狀陣列去除后頂層SiGe層的應力不消失； 8)采用濕法刻蝕去除掉SiN條狀陣列，得到晶圓級單軸張應變SGOI材料或晶圓級單軸壓應變SGOI材料。2.根據(jù)權利要求1所述，其特征在于SGOI晶圓，其大小包括3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸和16英寸的不同規(guī)格;頂層SiGe層厚度為0.3μπι?0.4μπι。3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟3)中對頂層SiGe層進行離子注入的工藝條件是: 注入離子:C或Si或Ge或它們的任意組合； 注入劑量:1.2E16cm—2?1.4E16cm—2 ； 注入能量:80keV?83keV。4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中在去除非晶化層上的S12層，是將帶有S12層的SGOI晶圓在BHF溶液中浸泡30s?40s，以去除非晶化層上的S12層。5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5)中在頂層SiGe層上淀積IGPa以上張應力SiN薄膜的CVD工藝，采用等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝，其中淀積張應力SiN薄膜參數(shù)如下: 反應室溫度400 °C; 高頻HF功率為I.0kW?1.2kW; 低頻LF功率為0.2kW?0.3kff； 高純SiH4流量0.2slm?0.3slm，高純冊3流量I.7slm?I.8slm，高純氮氣流量0.8slm?I.Islm; 反應室壓強為2.8Torr?3.3Torr ； 淀積厚度為0.4μηι?0.6μηι。6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5)中在頂層SiGe層上淀積-1GPa以上壓應力SiN薄膜的CVD工藝，采用等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝，其中淀積壓應力SiN薄膜參數(shù)如下: 反應室溫度400 °C; 高頻HF功率為0.15kW?0.17kff； 低頻LF功率為0.83kW?0.85kff； 高純SiH4流量0.23slm?0.25slm，高純冊3流量1.7slm?1.9slm，高純氮氣流量1.8slm?2.0slm; 反應室壓強為2.0Torr?3.1Torr ； 淀積厚度為0.4μηι?0.6μηι。7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟6)中使用光刻和反應離子刻蝕RIE工藝方法將SiN薄膜刻蝕成條狀陣列，按如下步驟進行: (7a)在SiN薄膜上涂正光刻膠，將光刻膠烘干，利用具有條形寬度和間隔均為0.Ιμπι?0.13μηι的光刻板進行曝光，曝光的區(qū)域為寬度和間隔均為0.Ιμπι?0.13μηι的條狀陣列，用顯影液去除掉曝光區(qū)域易溶于顯影液的正光刻膠，在SiN應力膜上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列； (7b)采用反應離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在SGOI晶圓頂層SiGe層上的無光刻膠掩蔽膜保護的SiN薄膜，留下條狀光刻膠掩蔽膜下的SiN薄膜，得到寬度和間距均為0.Um?0.13μπι的單軸應力SiN條狀陣列； (7c)去除條狀光刻膠掩蔽膜，僅留下SiN條狀陣列。8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟7)中對帶有SiN條狀陣列的SGOI晶圓進行退火，其工藝條件如下: 溫度:400°C ?420°C; 時間:4h?4.2h; 環(huán)境:He、Ne、Ar或它們的混合物。9.根據(jù)權利要求1所述，其特征在于，步驟8)中采用濕法刻蝕去除掉SiN條狀陣列，是150°C?190°C，體積分數(shù)為86 %?88 %的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列的SGOI晶圓在熱磷酸溶液中浸泡4min?6min，去除掉SiN條狀陣列，得到晶圓級單軸應變SGOI材料。
【文檔編號】H01L21/205GK106067441SQ201610446630
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月20日 公開號201610446630.0, CN 106067441 A, CN 106067441A, CN 201610446630, CN-A-106067441, CN106067441 A, CN106067441A, CN201610446630, CN201610446630.0
【發(fā)明人】郝躍, 戴顯英, 焦帥, 苗東銘, 梁彬, 祁林林
【申請人】西安電子科技大學