基于非晶化與尺度效應的晶圓級單軸應變GeOI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GeOI的制作方法。其實現(xiàn)步驟是：在清洗后的GeOI晶圓頂層Ge層上淀積SiO2層；對頂層Ge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Ge層上淀積張應力SiN薄膜或壓應力SiN薄膜后將SiN薄膜刻蝕成條狀，得到單軸張應力SiN條狀陣列或單軸壓應力SiN條狀陣列，并對帶有SiN條狀陣列的GeOI晶圓進行退火，使非晶化層重結(jié)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GeOI。本發(fā)明應變量大、成本低、晶圓平整度高，可用于制作晶圓級單軸應變GeOI材料。
【專利說明】
基于非晶化與尺度效應的晶圓級單軸應變GeO I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，涉及半導體材料制作工藝技術(shù)，特別是一種晶圓級單軸應變GeOI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單軸應變GeOI晶圓。
【背景技術(shù)】
[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]半導體Ge的電子與空穴迀移率分別是Si的2.8倍和4.2倍，其空穴迀移率是所有半導體中最高的。Ge還是優(yōu)異的光電材料，在可見光到近紅外探測器、調(diào)制器、光波導、光發(fā)射器、太陽電池等方面有著極為廣泛的應用。由于禁帶寬度只有0.67eV，Ge器件與電路漏電較大。
[0004]GeOI，即絕緣層上鍺材料具有“Ge/埋絕緣層/Si”三層結(jié)構(gòu)，其中埋絕緣層阻礙了電流泄漏，解決了 Ge材料的襯底漏電冋題。
[0005]應變技術(shù)可較大提升Ge的載流子迀移率，埋溝應變Ge的空穴迀移率可提高6-8倍。應變Ge將是16納米及以下工藝的最佳溝道材料。結(jié)合了應變技術(shù)和GeOI優(yōu)點的應變GeOI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GeOI是在絕緣層上硅SOI晶圓上直接生長應變Ge，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Ge層，其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Ge層臨界厚度受Ge組分限制、高場下的空穴遷移率提升會退化等。
[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GeOI材料的新方法專利(CN201110361515)，用以制作晶圓級單軸應變GeOI材料，其主要工藝如圖1所示，步驟如下:
[0008]1.GeOI晶圓頂層Ge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GeOI晶圓兩端，距GeOI晶圓邊緣I cm ；
[0010]3.緩慢旋動連接壓桿的螺帽，使GeOI晶圓沿弧形臺面逐漸彎曲，直至GeOI晶圓完全與弧形臺面貼合；
[0011]4.載有GeOI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 V至900°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GeOI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GeOI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GeOI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(shè)備。2)可靠性較差:該工藝方法需使用壓桿施加機械外力使GeOI晶圓彎曲，會在頂層鍺中引入缺陷；若GeOI晶圓彎曲度過大，會造成晶圓碎裂。3)由于擔心GeOI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(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于非晶化與尺度效應的晶圓級單軸應變GeOI的制作方法，以降低晶圓級單軸應變GeOI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。能顯著增強絕緣層上鍺GeOI晶圓載流子迀移率，提高絕緣層上鍺GeOI器件與集成電路的電學性能和光學性能。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0017]一.技術(shù)原理:
[0018]通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝，在SOI晶圓上淀積具有雙軸張應力或雙軸壓應力的SiN薄膜。當SiN應力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?qū)攲覩e層中的非晶化層施加單軸張應力或單軸壓應力。在5000C?600°C退火，可使非晶化層重結(jié)晶，由于頂層Ge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應力引起的單軸應變被保留到頂層Ge層中，最終在退火后得到晶圓級單軸張應變或單軸壓應變的頂層Ge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對頂層Ge層具有拉持作用，提高了頂層Ge層的單軸應變，SP得到了晶圓級單軸應變GeOI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GeOI晶圓進行清洗，該GeOI晶圓包括頂層Ge層、S12埋絕緣層和Si襯底；
[0022]2)在頂層Ge層上通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積厚度為4nm?1nm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Ge層進行離子注入，以在頂層Ge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Ge層上采用等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積-1GPa以上的高壓應力SiN應力膜或淀積IGPa以上的張應力SiN薄膜；
[0026]6)使用光刻和反應離子刻蝕RIE工藝方法將高壓應力SiN應力膜刻蝕成寬度和間距均為0.Ιμπι?0.15μπι的SiN條狀陣列，以消除SiN條寬度方向的應力，得到張應力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GeOI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(jié)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Ge層的應力不消失；
[0028]8)采用濕法刻蝕去除掉SiN條狀陣列，得到晶圓級單軸應變SGOI材料。
[0029]本發(fā)明與現(xiàn)有的晶圓級單軸應變GeOI制造技術(shù)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GeOI方法對SOI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GeOI方法中對GeOI晶圓彎曲退火后GeOI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Ge層具有拉持作用，增大了頂層Ge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GeOI的工藝流程圖；
[0037]圖2為本發(fā)明晶圓級單軸應變GeOI的工藝流程圖；
[0038]圖3為本發(fā)明中淀積在頂層Ge層上的SiN條狀陣列的俯視圖。
【具體實施方式】
[0039]GeOI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Ge層厚度為0.Ιμπι?0.4μηι。
[0040]參照圖2，本發(fā)明給出基于非晶化與尺度效應的晶圓級單軸應變GeOI的制作方法的三個實施例，即制作3英寸晶圓級單軸張應變GeOI材料；制作6英寸晶圓級單軸張應變GeOI材料；制作8英寸晶圓級單軸壓應變GeOI材料。上述GeOI晶圓均具有三層結(jié)構(gòu)，即頂層Ge層l，Si02埋絕緣層2，Si襯底3，如圖2(a)所示。其中:
[0041 ] 3英寸GeOI晶圓，頂層Ge層I的厚度為0.1μm，Si02埋絕緣層2的厚度為0.5μm，Si襯底3的厚度為675μπι。
[0042]6英寸GeOI晶圓，頂層Ge層I的厚度為0.2μπι，S12埋絕緣層2的厚度為0.5ym，Si襯底3的厚度為675μπι。
[0043]8英寸GeOI晶圓，頂層Ge層I的厚度為0.3μπι，S12埋絕緣層2的厚度為0.5ym，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GeOI材料。
[0045]步驟1:選用3英寸GeOI晶圓，并對其進行清洗。
[0046](Ia)使用丙酮和異丙醇對所選GeOI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GeOI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GeOI晶圓表面無機污染物；
[0048](Ic)將GeOI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]將清洗后的GeOI晶圓取出，在其頂層Ge層I上利用等離子體增強化學淀積PECVD工藝淀積厚度為4nm的Si02層4，淀積的工藝條件如下:
[0051]SiH4 流量為 45sccm;
[0052]N2O 流量為 164sccm;
[0053]N2 流量為 800sccm;
[0054]氣壓為600mTorr;
[0055]功率為60W;
[0056]淀積溫度為為300 Γ ;
[0057]淀積厚度為4nm。
[0058]步驟3:形成非晶化層5，如圖2(c)所示。
[0059]通過離子注入機對頂層Ge層I進行離子注入，以在頂層Ge層I內(nèi)部形成非晶化層5;注入的工藝條件如下:
[0060]注入離子為Ge，注入劑量為2E15cm—2，注入能量為60keV。
[0061 ] 步驟4:去除S12層4，如圖2(d)所示。
[0062]在室溫下，將帶有S12層4的GeOI晶圓在BHF溶液中浸泡15s，去除非晶化層5上的S12層4。
[0063]步驟5:在非晶化層上淀積壓應力SiN薄膜6，如圖2(e)所示。
[0064]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_1.3GPa，厚度為0.4μπι的壓應力SiN薄膜6，淀積工藝條件如下:
[0065]高頻HF功率為0.16kW，低頻LF功率為0.84kW，高純SiH4流量為0.43slm，高純NH3流量為1.7s Im，高純氮氣流量為1.8s Im，反應室壓強為2.4Torr，反應室溫度為400 °C。
[0066]步驟6:將壓應力SiN薄膜6刻蝕成SiN條狀陣列7，如圖如圖2(f)所示。
[0067](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；
[0068](6b)采用反應離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在GeOI晶圓頂層Ge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，得到單軸應力SiN條狀陣列7。如圖2(f)所示；
[0069](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GeOI晶圓俯視圖如圖3所示。
[0070]步驟7:對帶有SiN條狀陣列7的GeOI晶圓進行退火，如圖2(g)所示。
[0071]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500°C后，將帶有SiN條狀陣列7的GeOI晶圓在惰性氣體Ar下退火5h;
[0072]再按照4°C/min的降溫速率將退火爐溫度降至室溫，退火后GeOI晶圓頂層Ge層I變?yōu)閱屋S應變頂層Ge層8 ；
[0073]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(jié)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Ge層8的應力不消失。
[0074]步驟8:去除GeOI晶圓上的SiN條狀陣列，如圖2(h)所示。
[0075]配置150°C，體積分數(shù)為85%的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列7的GeOI晶圓在熱磷酸溶液中中浸泡8min，去除掉SiN條狀陣列7，得到3英寸晶圓級單軸張應變GeOI材料。
[0076]實施例2，制作6英寸晶圓級單軸張應變GeOI材料。
[0077]步驟一:選用6英寸GeOI晶圓，并對其進行清洗。
[0078]本步驟的實現(xiàn)與實施例1的步驟I相同。
[0079]步驟二:將清洗后的GeOI晶圓取出，在其頂層Ge層I上通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積Si02層，即在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的工藝條件下，淀積厚度為8nm的S12層4，如圖2(b)所示。
[0080]步驟三:通過離子注入機對頂層Ge層I內(nèi)注入劑量為5E15cm—2，能量為70keV，的Si離子，以在頂層Ge層I內(nèi)部形成非晶化層5，如圖2(c)所示。
[0081 ] 步驟四:將帶有S12層4的GeOI晶圓在BHF溶液中浸泡30s，去除非晶化層5上的S12層4，如圖2(d)所示。
[0082]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-1.8GPa，厚度為0.5μπι的壓應力SiN薄膜6，如圖2(e)所示。
[0083]本步驟的淀積工藝條件如下:
[0084]高頻HF功率為0.22kW，低頻LF功率為0.78kW，高純SiH4流量為0.36sIm，高純NH3流量為2.1slm,高純氮氣流量為1.9s Im，反應室壓強為3.0Torr，反應室溫度為400 °C。
[0085]步驟六:利用半導體光刻和刻蝕技術(shù)，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，得到單軸應力SiN條狀陣列7。
[0086](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0.13μηι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，在壓應力SiN薄膜6上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列；
[0087](6.2)采用反應離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在GeOI晶圓頂層Ge層I上的無光刻膠掩蔽膜區(qū)域，即曝光區(qū)域下的壓應力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0.13μπι的單軸壓應力SiN條狀陣列7，如圖2(f)所示；
[0088](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GeOI晶圓俯視圖如圖3所示。
[0089]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550°C后，將帶有SiN條狀陣列7的GeOI晶圓在惰性氣體Ne下退火4.5h，以進一步增強SiN條狀陣列應力，并使非晶化層再結(jié)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Ge層的應力不消失;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Ge層I變?yōu)閱屋S應變頂層Ge層8。如圖2 (g)所示。
[0090]步驟八:配置155°C，體積分數(shù)為86%的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列7的GeOI晶圓在熱磷酸溶液中浸泡9min，去除掉SiN條狀陣列7，得到6英寸晶圓級單軸張應變GeOI材料，如圖2(h)所示。
[0091]實施例3，制作8英寸晶圓級單軸壓應變GeOI材料。
[0092]步驟A:選用8英寸GeOI晶圓，并對其進行清洗。
[0093]本步驟的實現(xiàn)與實施例1的步驟I相同。
[0094]步驟B:淀積S12層4，如圖2 (b)所示。
[0095]將清洗后的GeOI晶圓取出，在其頂層Ge層I上通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積厚度為1nm的S12層4，如圖2(b)所示。
[0096]淀積的工藝如下:SiH4流量為45sccm，N20流量為164sccm，N2流量為800sccm，氣壓為600mTorrorr，功率為60W，淀積溫度為300°C。
[0097]步驟C:形成非晶化層5，如圖2(c)所示。
[0098]形成Si02層4后，通過離子注入機對頂層Ge層I進行Ge離子注入，以在頂層Ge層I內(nèi)部形成非晶化層5;
[0099]注入劑量為I.5E16cm—2，注入能量為80keV，如圖2 (c)所示。
[0100]步驟D:去除S12層4，如圖2(d)所示。
[0101]將帶有S12層4的GeOI晶圓在BHF溶液中浸泡60s，去除非晶化層5上的S12層4，以免在淀積SiN應力膜6后阻礙其應力傳遞給非晶化層5，如圖2(d)所示。
[0102]步驟E:在非晶化層上淀積張應力SiN薄膜6，如圖2(e)所示。
[0103]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I.8GPa，厚度為0.8μπι的張應力SiN薄膜6 ；
[0104]淀積工藝條件如下:
[0105]高頻HF功率為1.2kW，低頻LF功率為0.2kW，高純SiH4流量為0.4sIm，高純NH3流量為
1.8s Im，高純氮氣流量為1.8s Im，反應室壓強為3.2Torr，反應室溫度為400 °C。
[0106]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。
[0107](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0.15μηι的光刻板進行曝光，曝光的區(qū)域為寬度和間隔均為0.15μηι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；
[0108](F2)采用反應離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在GeOI晶圓頂層Ge層上的無光刻膠掩蔽膜區(qū)域，即曝光區(qū)域下的張應力SiN薄膜6，留下條狀光刻膠掩蔽膜下的張應力SiN薄膜6，得到寬度和間距均為0.15μπι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；
[0109](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GeOI晶圓俯視圖如圖3所示。
[0110]步驟G:對帶有SiN條狀陣列7的GeOI晶圓進行退火。
[0111]在退火爐中，按照4°C/min的升溫速率將溫度由室溫提升至600°C后，將帶有SiN條狀陣列7的GeOI晶圓在惰性氣體He下退火4h，進一步增強SiN條狀陣列應力，并使非晶化層再結(jié)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Ge層的應力不消失；
[0112]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Ge層變?yōu)閱屋S應變頂層Ge層8。如圖2(g)所示。
[0113]步驟H:去除GeOI晶圓上的SiN條狀陣列。
[0114]配置160°C，體積分數(shù)為87%的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列的GeOI晶圓在熱磷酸溶液中浸泡lOmin，去除掉SiN條狀陣列7，得到8英寸晶圓級單軸壓應變GeOI材料，如圖2(h)所示。
【主權(quán)項】
1.基于非晶化與尺度效應的晶圓級單軸應變GeOI的制作方法，包括如下步驟: 1)選取GeOI晶圓進行清洗，該GeOI晶圓包括頂層Ge層、S12埋絕緣層和Si襯底； 2)在頂層Ge層上通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積厚度為4nm?1nm的S12層，以消除后續(xù)離子注入工藝的溝道效應； 3)對頂層Ge層進行離子注入，以在頂層Ge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Ge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； 6)使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?0.15μπι的SiN條狀陣列，以消除SiN條寬度方向的應力，最終得到單軸張應力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GeOI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(jié)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Ge層的應力不消失； 8)采用濕法刻蝕去除掉SiN條狀陣列，得到晶圓級單軸應變GeOI材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于GeOI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Ge層厚度為0.1ym?0.4μπι。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟3)中對頂層Ge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:2E15cm—2?I.5E16cm—2 ； 注入能量:60keV?80keV。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GeOI晶圓在BHF溶液中浸泡15s?60s，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Si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?0.4kff； 高純SiH4流量0.2slm?0.4slm，高純冊3流量1.7slm?1.9slm，高純氮氣流量0.8slm?1.2slm； 反應室壓強為2.8Torr?3.2Torr ； 淀積厚度為0.3μηι?0.8μηι。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Si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0.16kW?0.36kW; 低頻LF功率為0.64kW?0.84kff ； 高純SiH4流量0.23slm?0.43slm，高純冊3流量1.7slm?2.4slm，高純氮氣流量1.8slm?2.1slm; 反應室壓強為2.4Torr?3.2Torr ； 淀積厚度為0.3μηι?0.8μηι。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?0.15μηι的光刻板進行曝光，曝光的區(qū)域為寬度和間隔均為0.Ιμπι?0.15μηι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)采用反應離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在GeOI晶圓頂層Ge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.Ιμπι?0.15μπι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(quán)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GeOI晶圓進行退火，其工藝條件如下: 溫度:500°C ?600°C; 時間:4h?5h; 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，是配置150°C?200°C，體積分數(shù)為85%?87%的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列的GeOI晶圓在熱磷酸溶液中浸泡3min?lOmin，去除掉SiN條狀陣列，得到晶圓級單軸應變GeOI材料。
【文檔編號】H01L21/324GK105977199SQ201610446252
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】苗東銘, 戴顯英, 郝躍, 祁林林, 梁彬, 焦帥
【申請人】西安電子科技大學