具有應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)的soi晶圓的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體涉及用于改善器件性能的應(yīng)變硅技術(shù)以及SOI (Silicon On Insulator，絕緣體上娃)晶圓形成技術(shù)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)的SOI晶圓的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著CMOS集成電路制造工藝的發(fā)展以及關(guān)鍵尺寸的縮小，很多新的方法被運(yùn)用到器件制造工藝中，用以改善器件性能。用高應(yīng)力氮化硅薄膜作為NMOS器件的接觸孔刻蝕停止層，能夠有效提高M(jìn)OS管載流子迀移率，進(jìn)而提高器件運(yùn)行速度，因此被引入到集成電路制造工藝中。此外，最近有研究報告表明，將應(yīng)力集中技術(shù)與接觸孔刻蝕停止層(hightensile stress, CESL)結(jié)合起來，能夠進(jìn)一步提升NMOS器件的性能。
[0003]所謂應(yīng)力集中技術(shù)，就是在NMOS器件的溝道下方形成空洞，由此改變高應(yīng)力氮化硅薄膜在溝道處的應(yīng)力分布，最終實現(xiàn)器件性能的改善。關(guān)于應(yīng)力集中技術(shù)的介紹可以參考論文“A Stress Concentrat1n MOSFET Structure ；Xiangzhan Wang, QingpingZengj Bin Liu，Cheng Gan，Qian Luoj Qi Yu，Yang Liu，Kaizhou Tan, and Xianwei Ying ；IEEE TRANSACT1NS ON ELECTRON DEVICES，VOL.61，N0.1, JANUARY 2014”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提出一種具有應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)的SOI晶圓的制造方法，將應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)與SOI晶圓的制造流程結(jié)合，通過這種SOI晶圓能夠改變MOS器件附近的應(yīng)力分布，提升溝道處載流子迀移率，有利于提高M(jìn)OS器件的運(yùn)行速度。
[0005]為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種具有應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)的SOI晶圓的制造方法，包括:
[0006]第一步驟:提供第一晶圓和第二晶圓；
[0007]第二步驟:對第一晶圓進(jìn)行熱氧化，在晶圓表面形成氧化硅薄膜；
[0008]第三步驟:對第一晶圓進(jìn)行氫離子注入，以便在第一晶圓里形成一個富含氫元素的薄層；
[0009]第四步驟:對氧化硅薄膜進(jìn)行圖形化以形成凹槽區(qū)域，其中凹槽區(qū)域?qū)?yīng)后續(xù)NMOS器件的溝道下方區(qū)域；
[0010]第五步驟:對第一晶圓和第二晶圓進(jìn)行表面處理，然后將兩者鍵合；
[0011]第六步驟:對第一晶圓和第二晶圓執(zhí)行智能剝離以形成以第二晶圓為支撐的SOI晶圓;
[0012]第七步驟:對新形成的SOI晶圓進(jìn)行退火處理并進(jìn)一步平坦化。
[0013]優(yōu)選地，第一晶圓作為器件晶圓。
[0014]優(yōu)選地，第二晶圓作為支撐晶圓。
[0015]優(yōu)選地，氧化硅薄膜的厚度為100-2000A。
[0016]優(yōu)選地，圖形化為利用光刻和干法刻蝕的方式去除特定區(qū)域的氧化硅。
[0017]優(yōu)選地，以第一晶圓的氧化硅薄膜與第二晶圓表面接觸的方式鍵合第一晶圓和第二晶圓。
[0018]優(yōu)選地，在智能剝離時將第一晶圓的富含氫元素的薄層及凹槽區(qū)域轉(zhuǎn)移至第二晶圓。
[0019]優(yōu)選地，智能剝離時工藝溫度為300°C。
[0020]優(yōu)選地，在退火處理中，使得SOI晶圓在1000°C的N2氣氛下退火一小時。
【附圖說明】
[0021]結(jié)合附圖，并通過參考下面的詳細(xì)描述，將會更容易地對本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中:
[0022]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的具有應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)的SOI晶圓的制造方法的流程圖。
[0023]圖2至圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的具有應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)的SOI晶圓的制造方法的各個步驟。
[0024]需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標(biāo)有相同或者類似的標(biāo)號。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0026]本發(fā)明涉及絕緣體上娃(SOI，silicon-on-1nsulator)技術(shù)，它是一種具有獨(dú)特的“Si/絕緣層/Si”三層結(jié)構(gòu)的新型硅基半導(dǎo)體材料。它通過絕緣埋層(通常為Si02)實現(xiàn)了器件和襯底的全介質(zhì)隔離，在器件性能上具有很多優(yōu)點(diǎn)，如減小了寄生電容，提高了運(yùn)行速度，降低了漏電，具有更低的功耗等。目前制造SOI晶圓主要是依靠智能剝離(Smart-cut)技術(shù)。智能剝離技術(shù)是建立在離子注入和鍵合兩種技術(shù)相互結(jié)合的基礎(chǔ)上的，其關(guān)鍵在于通過注H+并在加熱情況下形成氣泡，使片子在注入深度處發(fā)生劈裂，達(dá)到減薄的目的。
[0027]智能剝離主要包括步驟:提供兩片晶圓，即第一晶圓作為器件晶圓，以及第二晶圓作為支撐晶圓；對第一晶圓進(jìn)行熱氧化；對第一晶圓進(jìn)行H+注入，在第一晶圓里形成一個富含H的薄層；對第一、第二晶圓進(jìn)行表面處理，然后將兩者鍵合；智能剝離，即通過低溫退火，注入的氫在硅片中形成微空腔層或使硅片里出現(xiàn)微氣泡層，由此完成剝離；對新形成的SOI晶圓進(jìn)行退火處理并進(jìn)一步平坦化。
[0028]本發(fā)明提出一種具有應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)的SOI晶圓及其制造方法，提供第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓上具有熱氧化氧化硅層并已經(jīng)完成和智能剝離相關(guān)的氫離子注入。首先利用光刻和干法刻蝕工藝去除第一晶圓上特定區(qū)域的氧化硅薄膜，在氧化硅薄膜里形成凹槽，然后利用鍵合及智能剝離技術(shù)形成器件硅層下具有凹槽的SOI晶圓。在該SOI晶圓上形成MOS器件之后，上述凹槽處于MOS器件的溝道下方，即形成所謂的應(yīng)力集中MOS結(jié)構(gòu)。通過本發(fā)明提出的技術(shù)方法，能夠改變MOS器件附近的應(yīng)力分布，提升溝道處載流子迀移率，有利于提高M(jìn)OS器件的運(yùn)行速度。
[0029]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的具有應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)的SOI晶圓的制造方法的流程圖。圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的具有應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)的S