基于非晶化與尺度效應(yīng)的AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于非晶化與尺度效應(yīng)的AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe的制作方法。其實(shí)現(xiàn)步驟是：在清洗后的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓頂層SiGe層上淀積SiO2層；對(duì)頂層SiGe層進(jìn)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(yīng)力SiN薄膜或壓應(yīng)力SiN薄膜后將SiN薄膜刻蝕成單軸張應(yīng)力SiN條狀陣列或單軸壓應(yīng)力SiN條狀陣列，并對(duì)該晶圓進(jìn)行退火，使非晶化層重結(jié)晶，使AlN埋絕緣層發(fā)生塑性形變；刻蝕掉SiN條狀陣列，得到AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe。本發(fā)明應(yīng)變量大，可用于制作AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe材料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于非晶化與尺度效應(yīng)的Al N埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變Si Ge的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體材料制作工藝技術(shù)，特別是一種AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe的制作方法，可用于制作超高速、高溫、大功耗、高功率集成電路、光電集成電路所需的高性能SGOI晶圓。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的體Si材料的載流子迀移很難滿(mǎn)足未來(lái)高性能半導(dǎo)體器件和電路的需求。
[0003]應(yīng)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(diǎn)，在微波器件、移動(dòng)通信、高頻電路等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。SiGe還是極優(yōu)異的光電材料，在探測(cè)器、調(diào)制器、光波導(dǎo)、光發(fā)射器、太陽(yáng)電池、光電集成等方面有著廣泛的應(yīng)用。
[0004]SGOI，即絕緣層上鍺硅，是一種具有“SiGe/埋絕緣層/Si”三層結(jié)構(gòu)的Si基半導(dǎo)體襯底材料，SGOI晶圓的埋絕緣層通常是S12,其熱導(dǎo)率僅為硅的百分之一，阻礙了 SGOI在高溫、大功率方面的應(yīng)用；其介電常數(shù)僅為3.9，易導(dǎo)致信號(hào)傳輸丟失，也阻礙了 SGOI在高密度、高功率集成電路中的應(yīng)用。而AlN具有熱導(dǎo)率是S12的200倍、電阻率為320W/m.K、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、化學(xué)和熱穩(wěn)定性能好、熱膨脹系數(shù)與Si相近等優(yōu)異性能，是一種優(yōu)異的介電和絕緣材料。用AlN取代S12的SGOI具有更好的絕緣性和散熱性，可被廣泛應(yīng)用在高溫、大功耗、高功率集成電路中。
[0005]應(yīng)變技術(shù)可較大提升SiGe的載流子迀移率，結(jié)合了應(yīng)變技術(shù)和SGOI優(yōu)點(diǎn)的應(yīng)變絕緣體上鍺硅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(jí)芯片等方面有著重要的應(yīng)用前景。
[0006]傳統(tǒng)的應(yīng)變SGOI是在SOI晶圓上直接生長(zhǎng)應(yīng)變SiGe，或先在SOI晶圓上生長(zhǎng)Ge組分漸變的SiGe層作虛襯底，再在該SiGe層上外延生長(zhǎng)所需的應(yīng)變SiGe層，其主要缺點(diǎn)是位錯(cuò)密度高、只能是雙軸應(yīng)變、迀移率提升不高、SiGe虛襯底增加了熱開(kāi)銷(xiāo)和制作成本、SiGe虛襯底嚴(yán)重影響了器件與電路的散熱、應(yīng)變SiGe層臨界厚度受Ge組分限制、高場(chǎng)下的空穴迀移率提升會(huì)退化等。
[0007]2011年西安電子科技大學(xué)獲得的一種采用機(jī)械彎曲并在彎曲狀態(tài)下退火制作AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe材料的新方法專(zhuān)利(CN201110361521)，用以制作AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe材料，其主要工藝如圖1所示，步驟如下:
[0008]1.AlN埋絕緣層上SiGe晶圓頂層SiGe層面向上或向下放置在弧形彎曲臺(tái)上；
[0009]2.兩根圓柱形不銹鋼壓桿分別水平放置在AlN埋絕緣層上SiGe晶圓兩端，距AlN埋絕緣層上SiGe晶圓邊緣Icm;
[0010]3.緩慢旋動(dòng)連接壓桿的螺帽，使AlN埋絕緣層上SiGe晶圓沿弧形臺(tái)面逐漸彎曲，直至AlN埋絕緣層上SiGe晶圓完全與弧形臺(tái)面貼合；
[0011 ] 4.載有AlN埋絕緣層上SiGe晶圓的弧形彎曲臺(tái)放置在退火爐中進(jìn)行退火，退火溫度在300°C至1250°C范圍內(nèi)可任意選擇。
[0012]5.退火結(jié)束后緩慢降溫至室溫，取出載有AlN埋絕緣層上SiGe晶圓的弧形彎曲臺(tái)；
[0013]6.旋動(dòng)連接壓桿的螺帽，將壓桿緩慢提升，直至彎曲的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓恢復(fù)原狀。
[0014]該方法存在以下幾個(gè)缺點(diǎn):I)與傳統(tǒng)集成電路工藝兼容性差:為了獲得不同應(yīng)變量的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓，其需要額外制作對(duì)應(yīng)的不同曲率半徑的彎曲臺(tái)，且所制作的彎曲臺(tái)需要兼容現(xiàn)有退火設(shè)備。2)可靠性較差:該工藝方法需使用壓桿施加機(jī)械外力使AlN埋絕緣層上SiGe晶圓彎曲，會(huì)在頂層鍺硅中引入缺陷;若AlN埋絕緣層上SiGe晶圓彎曲度過(guò)大，會(huì)造成晶圓碎裂。3)由于擔(dān)心AlN埋絕緣層上SiGe晶圓碎裂，所以機(jī)械彎曲的彎曲度不能過(guò)大，這就限制了在頂層鍺硅中引入的應(yīng)變量的大小，所能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)變量較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于非晶化與尺度效應(yīng)的AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe的制作方法，以降低AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe的制作成本，增加應(yīng)變量，提高大功率、高功耗、高集成度電路的電學(xué)性能和光學(xué)性能。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0017]一.技術(shù)原理:
[0018]通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD工藝淀積具有雙軸張應(yīng)力或雙軸壓應(yīng)力的SiN薄膜。當(dāng)SiN薄膜被刻蝕成寬度為亞微米級(jí)的長(zhǎng)條時(shí)，由于“尺度效應(yīng)”的影響，SiN條寬度方向的應(yīng)力會(huì)釋放掉，而SiN條長(zhǎng)度方向?yàn)楹暧^尺度應(yīng)力得到保留，可得到具有單軸張應(yīng)力或單軸壓應(yīng)力的SiN條狀陣列，其沿著條長(zhǎng)方向?qū)攲覵iGe層中的非晶化層施加單軸張應(yīng)力或單軸壓應(yīng)力。在530°C?550°C退火，可使非晶化層重結(jié)晶，由于頂層SiGe層的非晶化層在退火過(guò)程中始終受到SiN條狀陣列施加的單軸應(yīng)力，因而在退火過(guò)程中由應(yīng)力引起的單軸應(yīng)變被保留到頂層SiGe層中，最終在退火后得到晶圓級(jí)單軸應(yīng)變的頂層SiGe層，同時(shí)，退火使AlN埋絕緣層發(fā)生塑性形變，該塑性形變的AlN埋絕緣層對(duì)頂層SiGe層具有拉持作用，以保障去除高應(yīng)力SiN薄膜后單軸應(yīng)變的頂層SiGe層中的應(yīng)力不消失，最終得到了AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe材料。
[0019]二.實(shí)現(xiàn)步驟
[0020]根據(jù)上述原理，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0021]I)選取AlN埋絕緣層上SiGe晶圓進(jìn)行清洗，該AlN埋絕緣層上SiGe晶圓包括頂層SiGe層、AlN埋絕緣層和Si襯底；
[0022]2)在頂層SiGe層上通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD工藝淀積厚度為20nm?22nm的S12層，以消除后續(xù)離子注入工藝的溝道效應(yīng)；
[0023]3)對(duì)頂層SiGe層進(jìn)行離子注入，以在頂層SiGe層內(nèi)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(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD工藝淀積-1GPa以上的壓應(yīng)力SiN薄膜或IGPa以上的張應(yīng)力SiN薄膜；
[0026]6)用光刻和反應(yīng)離子刻蝕RIE工藝方法將張應(yīng)力SiN薄膜或壓應(yīng)力SiN薄膜刻蝕成寬度和間距均為0.16μπι?0.18μπι的SiN條狀陣列，以消除SiN條寬度方向的應(yīng)力，得到單軸張應(yīng)力SiN條狀陣列或單軸壓應(yīng)力SiN條狀陣列；
[0027]7)對(duì)帶有SiN條狀陣列的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓進(jìn)行退火，進(jìn)一步增強(qiáng)SiN條狀陣列應(yīng)力，并使非晶化層再結(jié)晶，同時(shí)使AlN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(yīng)力不消失；
[0028]8)用濕法刻蝕去除掉SiN條狀陣列，得到AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe材料。
[0029]本發(fā)明與現(xiàn)有的AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe制造技術(shù)相比，具有如下優(yōu)占.V.
[0030]1.本發(fā)明與現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造工藝兼容，無(wú)需定制其他儀器，成本低。
[0031]2.本發(fā)明使用張應(yīng)力SiN條狀陣列或壓應(yīng)力SiN條狀陣列引入晶圓級(jí)單軸應(yīng)變，避免了機(jī)械致AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe方法中對(duì)AlN埋絕緣層上SiGe晶圓彎曲退火后AlN埋絕緣層上SiGe晶圓平整度較低的問(wèn)題。
[0032]3.本發(fā)明采用張應(yīng)力SiN條狀陣列或壓應(yīng)力SiN條狀陣列引入晶圓級(jí)單軸應(yīng)變，且AlN埋絕緣層退火后發(fā)生塑性形變對(duì)頂層SiGe層具有拉持作用，增大了頂層SiGe層應(yīng)變量，使得載流子迀移率有了明顯的提升。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為現(xiàn)有AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe的工藝流程圖；
[0034]圖2為本發(fā)明AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe的工藝流程圖；
[0035]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(shí)施方式】
[0036]AlN埋絕緣層上SiGe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?0.32μηι。
[0037]參照?qǐng)D2，本發(fā)明給出基于非晶化與尺度效應(yīng)的AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe的制作方法的三個(gè)實(shí)施例，即制作6英寸AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸張應(yīng)變SiGe材料；制作8英寸AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸張應(yīng)變SiGe材料;制作12英寸AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸壓應(yīng)變SiGe材料。上述AlN埋絕緣層上SiGe晶圓均具有三層結(jié)構(gòu)，即頂層SiGe層I，Α1Ν埋絕緣層2，Si襯底3，如圖2(a)所示。其中:
[0038]6英寸AlN埋絕緣層上SiGe晶圓，頂層SiGe層I的厚度為0.3μπι，Α1Ν埋絕緣層2的厚度為0.5ym，Si襯底3的厚度為525μπι。
[0039]8英寸AlN埋絕緣層上SiGe晶圓，頂層SiGe層I的厚度為0.31μπι，AlN埋絕緣層2的厚度為0.5ym，Si襯底3的厚度為675μπι。
[0040]12英寸AlN埋絕緣層上SiGe晶圓，頂層SiGe層I的厚度為0.32μπι，Α1Ν埋絕緣層2的厚度為0.5ym，Si襯底3的厚度為725μπι。
[0041 ]實(shí)施例1，制作6英寸AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸張應(yīng)變SiGe材料。
[0042]步驟1:選用6英寸AlN埋絕緣層上SiGe晶圓，并對(duì)其進(jìn)行清洗。
[0043](Ia)使用丙酮和異丙醇對(duì)所選AlN埋絕緣層上SiGe晶圓交替進(jìn)行超聲波清洗，以去除襯底表面有機(jī)物污染；
[0044](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120°C，將AlN埋絕緣層上SiGe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AlN埋絕緣層上SiGe晶圓表面無(wú)機(jī)污染物；
[0045](Ic)將AlN埋絕緣層上SiGe晶圓用HF緩沖液浸泡2min，去除表面的氧化層。
[0046]步驟2:淀積S12層4，如圖2 (b)所示。
[0047](2a)將清洗后的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓取出，置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD反應(yīng)室中，啟動(dòng)真空栗，將反應(yīng)室抽真空至600mTorr，再啟動(dòng)加熱器將反應(yīng)室的溫度升至30(TC并保持恒溫；
[0048](2b)向反應(yīng)室內(nèi)依次通入 45sccm 的 SiH4，164sccm 的 N2OjOOsccm 的 N2;
[0049](2c)設(shè)定低頻LF功率為60W，在AlN埋絕緣層上SiGe晶圓頂層SiGe層I上淀積厚度為 20nm 的 S12 層4;
[0050](2d)淀積完成后將反應(yīng)室抽真空，再將反應(yīng)室溫度降溫至室溫后，取出淀積了S12層4的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓。
[0051]步驟3:形成非晶化層5，如圖2(c)所示。
[0052]將淀積S12層4后的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓放入離子注入機(jī)，選用C離子，設(shè)定注入劑量為3E16cm—2，注入能量為95keV，對(duì)頂層SiGe層I進(jìn)行離子注入，以在頂層SiGe層I內(nèi)部形成非晶化層5;
[0053]步驟4:去除S i O2層4，如圖2 (d)所示。
[0054]在室溫下，將帶有S12層4的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓在BHF溶液中浸泡80s，去除非晶化層5上的S12層4。
[0055]步驟5:在非晶化層上淀積壓應(yīng)力SiN薄膜6，如圖2(e)所示。
[0056](5a)將去除S12層4后的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓取出，置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD反應(yīng)室中，先啟動(dòng)真空栗，再啟動(dòng)加熱器將反應(yīng)室的溫度升至400°C并保持恒溫;
[0057](5b)向反應(yīng)室內(nèi)依次通入0.37slm的高純SiH4，2.3slm的高純NH3，2.2slm的高純N2，反應(yīng)室壓強(qiáng)3.1Torr;
[0058](5c)設(shè)高頻HF功率為0.27kW，低頻LF功率為0.73kW，在AlN埋絕緣層上SiGe晶圓非晶化層5上淀積應(yīng)力大小為-1.2GPa，厚度為0.3μπι的壓應(yīng)力SiN薄膜6;
[0059](5d)淀積完成后將反應(yīng)室抽真空，再將反應(yīng)室溫度降溫至室溫后，取出淀積了壓應(yīng)力SiN薄膜6的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓。
[0060]步驟6:將壓應(yīng)力SiN薄膜6刻蝕成單軸壓應(yīng)力SiN條狀陣列7，如圖2(f)所示。
[0061](6a)利用半導(dǎo)體光刻工藝在SiN應(yīng)力膜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0.16μηι的光刻板進(jìn)行曝光，曝光的區(qū)域?yàn)閷挾群烷g隔均為0.16μηι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(yīng)力SiN薄膜6上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列；
[0062](6b)采用反應(yīng)離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在AlN埋絕緣層上SiGe晶圓頂層SiGe層I上的無(wú)光刻膠掩蔽膜區(qū)域，即曝光區(qū)域下的壓應(yīng)力SiN薄膜6，留下條狀光刻膠掩蔽膜下的壓應(yīng)力SiN薄膜6，得到寬度和間距均為0.16μπι的SiN條狀陣列7，以消除SiN條寬度方向的應(yīng)力，保留SiN條長(zhǎng)度方向的應(yīng)力，得到單軸壓應(yīng)力SiN條狀陣列7，如圖2(f)所示；
[0063](6c)去除條狀光刻膠掩蔽膜，僅留下SiN條狀陣列7，該帶有SiN條狀陣列的AlN埋絕緣層上S iGe晶圓的俯視圖如圖3所示。
[0064]步驟7:對(duì)帶有SiN條狀陣列7的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓進(jìn)行退火，如圖2(g)所示。
[0065](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530°C后，將帶有SiN條狀陣列7的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓在惰性氣體He下退火6h;
[0066](7b)按照4°C/min的降溫速率將退火爐溫度降至室溫，退火后AlN埋絕緣層上SiGe晶圓頂層SiGe層I變?yōu)閱屋S應(yīng)變頂層SiGe層8;
[0067](7c)在退火過(guò)程中SiN條狀陣列應(yīng)力進(jìn)一步增強(qiáng)，使非晶化層5重結(jié)晶，同時(shí)使AlN埋絕緣層2發(fā)生塑性形變，變成塑性形變AlN埋絕緣層9，以保證SiN條狀陣列去除后其上的應(yīng)變頂層SiGe層8的應(yīng)力不消失。
[0068]步驟8:去除AlN埋絕緣層上SiGe晶圓上的SiN條狀陣列，如圖2 (h)所示。
[0069]配置155°C，體積分?jǐn)?shù)為85%的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列7的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓在熱磷酸溶液中浸泡3min，去除掉SiN條狀陣列7，得到6英寸AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸張應(yīng)變SiGe材料。
[0070]實(shí)施例2，制作8英寸AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸張應(yīng)變SiGe材料。
[0071]步驟一:選用8英寸AlN埋絕緣層上SiGe晶圓晶圓，并對(duì)其進(jìn)行清洗。
[0072]本步驟的實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟I相同。
[0073]步驟二:將清洗后的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓取出，在其頂層SiGe層I上通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD工藝淀積S12層4，如圖2 (b)所示。
[0074]淀積步驟與實(shí)施例1的步驟2相同，
[0075]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，淀積厚度為2Inm。
[0076]步驟三:通過(guò)離子注入機(jī)對(duì)頂層SiGe層I內(nèi)注入劑量為3.5E16cm—2，能量為96keV，的Si離子，以在頂層SiGe層I內(nèi)部形成非晶化層5，如圖2(c)所示。
[0077]步驟四:將帶有S12層4的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓在BHF溶液中浸泡80s，去除非晶化層5上的S12層4，如圖2 (d)所示。
[0078]步驟五:采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD工藝，在非晶化層5上淀積應(yīng)力大小為-1.3GPa，厚度為0.35μπι的壓應(yīng)力SiN薄膜6，如圖2(e)所示。
[0079]淀積步驟與實(shí)施例1的步驟5相同；
[0080]淀積工藝參數(shù):高頻HF功率為0.28kW，低頻LF功率為0.72kW，高純SiH4流量為
0.38slm，高純NH3流量為2.4slm，高純氮?dú)饬髁繛?.3slm，反應(yīng)室壓強(qiáng)為3.2Torr，反應(yīng)室溫度為400°C。
[0081]步驟六:利用半導(dǎo)體光刻和刻蝕技術(shù)，將壓應(yīng)力SiN薄膜6刻蝕成條狀陣列，以消除SiN條寬度方向的應(yīng)力，保留SiN條長(zhǎng)度方向的應(yīng)力，得到單軸壓應(yīng)力SiN條狀陣列7。
[0082](6.1)在壓應(yīng)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0.17μηι的光刻板進(jìn)行曝光，曝光的區(qū)域?yàn)閷挾群烷g隔均為0.17μηι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(yīng)力SiN薄膜6上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列；
[0083](6.2)用反應(yīng)離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在AlN埋絕緣層上SiGe晶圓頂層SiGe層I上的無(wú)光刻膠掩蔽膜保護(hù)的壓應(yīng)力SiN薄膜6，留下條狀光刻膠掩蔽膜下的壓應(yīng)力SiN薄膜6，得到寬度和間距均為0.17μπι的SiN條狀陣列7，如圖2(f)所示；
[0084](6.3)去除條狀光刻膠掩蔽膜，僅留下SiN條狀陣列7，該帶有SiN條狀陣列的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓俯視圖如圖3所示。
[0085]步驟七: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540°C后，將帶有SiN條狀陣列7的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓在惰性氣體Ne下退火6.lh，以進(jìn)一步增強(qiáng)SiN條狀陣列應(yīng)力，并使非晶化層再結(jié)晶，同時(shí)使AlN埋絕緣層2發(fā)生塑性形變，變成塑性形變AlN埋絕緣層9，以保證SiN條狀陣列去除后頂層SiGe層的應(yīng)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(yīng)變頂層SiGe層8，如圖2(g)所示。
[0086]步驟八:配置溫度為158°C，體積分?jǐn)?shù)為86 %的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列7的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓在熱磷酸溶液中浸泡4min，去除掉SiN條狀陣列7，得到8英寸AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸張應(yīng)變SiGe材料，如圖2(h)所示。
[0087]實(shí)施例3，制作12英寸AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸壓應(yīng)變SiGe材料。
[0088]步驟A:選用12英寸AlN埋絕緣層上SiGe晶圓，并對(duì)其進(jìn)行清洗。
[0089]本步驟的實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟I相同。
[0090 ] 步驟B:淀積S i02層4，如圖2 (b)所示。
[0091]將清洗后的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓取出，在其頂層SiGe層I上通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD工藝淀積厚度為22nm的S12層4，如圖2(b)所示。
[0092]設(shè)置淀積如下參數(shù)，并按照與實(shí)施例1步驟2相同的步驟進(jìn)行淀積:
[0093]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。
[0094]步驟C:形成非晶化層5，如圖2(c)所示。
[0095]形成S12層4后，通過(guò)離子注入機(jī)對(duì)頂層SiGe層I進(jìn)行劑量為4E16cm—2，能量為97keV的Ge離子注入，以在頂層SiGe層I內(nèi)部形成非晶化層5。
[0096]步驟D:去除S i O2層4，如圖2 (d)所示。
[0097]將帶有S12層4的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓在BHF溶液中浸泡90s，去除非晶化層5上的S12層4，以免在淀積SiN應(yīng)力膜6后阻礙其應(yīng)力傳遞給非晶化層5，如圖2(d)所示。
[0098]步驟E:在非晶化層上淀積張應(yīng)力SiN薄膜6，如圖2(e)所示。
[0099]采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD工藝，在非晶化層5上淀積應(yīng)力大小為
1.2GPa，厚度為0.4μπι的張應(yīng)力SiN薄膜6，如圖2(e)所示。
[0100]設(shè)置淀積如下參數(shù)，并按照與實(shí)施例1步驟5相同的步驟進(jìn)行淀積:
[0101 ] 高頻HF功率為1.4kW，低頻LF功率為0.5kW，高純SiH4流量為0.2sIm，高純NH3流量為
1.8s Im，高純氮?dú)饬髁繛?.9s Im，反應(yīng)室壓強(qiáng)為3.2Torr，反應(yīng)室溫度為400 °C ；
[0102]步驟F:將張應(yīng)力SiN薄膜6刻蝕成SiN條狀陣列7，如圖2(f)所示。
[0103](Fl)利用半導(dǎo)體光刻工藝在張應(yīng)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0.18μηι的光刻板進(jìn)行曝光，曝光的區(qū)域?yàn)閷挾群烷g隔均為0.18μηι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(yīng)力SiN薄膜6上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列；
[0104](F2)采用反應(yīng)離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在AlN埋絕緣層上SiGe晶圓頂層SiGe層上的無(wú)光刻膠掩蔽膜保護(hù)的張應(yīng)力SiN薄膜6，留下條狀光刻膠掩蔽膜下的張應(yīng)力SiN薄膜6，得到寬度和間距均為0.18μπι的單軸張應(yīng)力SiN條狀陣列7，以消除SiN條寬度方向的應(yīng)力，保留SiN條長(zhǎng)度方向的應(yīng)力，如圖2(f)所示；
[0105](F3)去除條狀光刻膠掩蔽膜，僅留下SiN條狀陣列7，該帶有SiN條狀陣列的AlN埋絕緣層上S iGe晶圓的俯視圖如圖3所示。
[0106]步驟G:對(duì)帶有SiN條狀陣列7的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓進(jìn)行退火。
[0107]Gl)按照4°C/min的升溫速率將退火爐溫度由室溫提升至550°C后，將帶有SiN條狀陣列7的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓在惰性氣體Ar下退火6.2h，進(jìn)一步增強(qiáng)SiN條狀陣列應(yīng)力，并使非晶化層再結(jié)晶，同時(shí)使AlN埋絕緣層2發(fā)生塑性形變，變成塑性形變AlN埋絕緣層9，保證SiN條狀陣列去除后頂層SiGe層的應(yīng)力不消失；
[0108]G2)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層變?yōu)閱屋S應(yīng)變頂層SiGe層8，如圖2 (g)所示。
[0109]步驟H:去除AlN埋絕緣層上SiGe晶圓上的SiN條狀陣列。
[0110]配置160°C，體積分?jǐn)?shù)為87%的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓在熱磷酸溶液中浸泡5min，去除掉SiN條狀陣列7，得到12英寸AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸壓應(yīng)變SiGe材料，如圖2 (h)所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于非晶化與尺度效應(yīng)的AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe的制作方法，包括如下步驟: 1)選取AlN埋絕緣層上SiGe晶圓進(jìn)行清洗，該AlN埋絕緣層上SiGe晶圓包括頂層SiGe層、AlN埋絕緣層和Si襯底； 2)在頂層SiGe層上通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD工藝淀積厚度為20nm?22nm的S12層，以消除后續(xù)離子注入工藝的溝道效應(yīng)； 3)對(duì)頂層SiGe層進(jìn)行離子注入，以在頂層SiGe層內(nèi)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(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD工藝淀積-1GPa以上的壓應(yīng)力SiN薄膜或IGPa以上的張應(yīng)力SiN薄膜； 6)用光刻和反應(yīng)離子刻蝕RIE工藝方法將張應(yīng)力SiN薄膜或壓應(yīng)力SiN薄膜刻蝕成寬度和間距均為0.16μπι?0.18μπι的SiN條狀陣列，以消除SiN條寬度方向的應(yīng)力，得到單軸張應(yīng)力SiN條狀陣列或單軸壓應(yīng)力SiN條狀陣列； 7)對(duì)帶有SiN條狀陣列的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓進(jìn)行退火，進(jìn)一步增強(qiáng)SiN條狀陣列應(yīng)力，并使非晶化層再結(jié)晶，同時(shí)使AlN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(yīng)力不消失； 8)用濕法刻蝕去除掉SiN條狀陣列，得到AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于AlN埋絕緣層上SiGe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?0.32μπι。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟3)中對(duì)頂層SiGe層進(jìn)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:3E16cm—2 ?4E16cnf2 ； 注入能量:95keV?97keV。4.根據(jù)權(quán)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AlN埋絕緣層上SiGe晶圓在BHF溶液中浸泡80s?90s，以去除非晶化層上的S12 層。5.根據(jù)權(quán)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(yīng)力SiN薄膜的CVD工藝，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD工藝，其中淀積張應(yīng)力SiN薄膜參數(shù)如下: 反應(yīng)室溫度400 °C; 高頻HF功率為I.0kW?1.4kW; 低頻LF功率為0.2kW?0.5kff； 高純SiH4流量0.2slm?0.5slm，高純冊(cè)3流量1.8slm?2.lslm，高純氮?dú)饬髁?.9slm?1.2slm； 反應(yīng)室壓強(qiáng)為2.7Torr?3.2Torr ； 淀積厚度為0.3μηι?0.4μηι。6.根據(jù)權(quán)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(yīng)力SiN薄膜的CVD工藝，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD工藝，淀積壓應(yīng)力SiN薄膜參數(shù)如下: 反應(yīng)室溫度400 °C; 高頻HF功率為0.27kW?0.29kff； 低頻1^功率為0.711^?0.731^; 高純SiH4流量0.37slm?0.39slm，高純冊(cè)3流量2.3slm?2.5slm，高純氮?dú)饬髁?.2slm?2.4slm； 反應(yīng)室壓強(qiáng)為3.1Torr?3.3Torr ； 淀積厚度為0.3μηι?0.4μηι。7.根據(jù)權(quán)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(yīng)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(jìn)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0.16μπι?0.18μηι的光刻板進(jìn)行曝光，曝光的區(qū)域?yàn)閷挾群烷g隔均為0.16μηι?0.18μηι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薄膜上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列； (7b)采用反應(yīng)離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在AlN埋絕緣層上SiGe晶圓頂層SiGe層上的無(wú)光刻膠掩蔽膜保護(hù)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0.16μπι?0.18μπι的單軸應(yīng)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(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟7)中對(duì)帶有SiN條狀陣列的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓進(jìn)行退火，其工藝條件如下: 溫度:530°C ?550°C; 時(shí)間:6h?6.2h; 環(huán)境:He、Ne、Ar或它們的混合物。9.根據(jù)權(quán)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?2000C，體積分?jǐn)?shù)為85%?88%的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列的AlN埋絕緣層上SiGe晶圓在熱磷酸溶液中浸泡3min?5min，去除掉SiN條狀陣列，得到AlN埋絕緣層上晶圓級(jí)單軸應(yīng)變SiGe材料。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK106098613SQ201610446253
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】戴顯英, 梁彬, 郝躍, 盛喆, 苗東銘, 焦帥, 祁林林
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué)