基于氮化硅應(yīng)力薄膜與尺度效應(yīng)的晶圓級單軸應(yīng)變sgoi的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于氮化硅應(yīng)力薄膜與尺度效應(yīng)的晶圓級單軸應(yīng)變SGOI的制作方法，其實現(xiàn)步驟為：1.對絕緣層上硅鍺SGOI晶圓進(jìn)行清洗，并進(jìn)行He離子注入；2.在離子注入后的SGOI晶圓頂層SiGe層上淀積?1GPa以上的壓應(yīng)力SiN薄膜或1GPa以上的張應(yīng)力SiN薄膜，并刻蝕SiN薄膜成條形陣列；3.對帶有SiN薄膜陣列的SGOI晶圓進(jìn)行退火；4.腐蝕去除SGOI晶圓表面上的SiN薄膜陣列，得到晶圓級單軸應(yīng)變SGOI材料。本發(fā)明利用在條形SiN薄膜陣列作用下頂層Ge層會發(fā)生單軸拉伸或單軸壓縮形變的特性引入應(yīng)變，與現(xiàn)有工藝兼容，可制作用于光電集成、系統(tǒng)級芯片所需的SGOI晶圓。
【專利說明】
基于氮化硅應(yīng)力薄膜與尺度效應(yīng)的晶圓級單軸應(yīng)變SGOI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)體襯底材料制作工藝技術(shù)，具體的說是一種晶圓級單軸應(yīng)變SGOI材料的制作方法，可制作用于高頻、低功耗、抗輻射集成電路所需的SGOI晶圓。
【背景技術(shù)】
[0002]業(yè)內(nèi)所知，SiGe兼具Si和Ge的優(yōu)點，以其器件與電路的工作頻率高、功耗小、比GaAs價廉、與Si CMOS工藝兼容、成本低等諸多優(yōu)點，在微波器件、移動通信、高頻電路等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(diào)制器、光波導(dǎo)、光發(fā)射器、太陽能電池等方面有著廣泛的應(yīng)用。與應(yīng)變Si相似，應(yīng)變SiGe也具有載流子迀移率高的特性。
[0003]與體Si相比，SOI器件與電路具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、集成密度高、速度高、寄生電容小、工藝簡單、抗輻照能力強(qiáng)、并可徹底消除體硅CMOS的閂鎖效應(yīng)等優(yōu)點，在高速、低功耗、抗輻照等器件與電路領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，是21世紀(jì)Si集成電路技術(shù)的發(fā)展方向。
[0004]絕緣層上應(yīng)變鍺硅SSGOI結(jié)合了應(yīng)變SiGe和SOI的優(yōu)點，為研發(fā)新型的超高速、低功耗、抗輻射、高集成度硅基器件和芯片提供一種新的解決方案，在光電集成、系統(tǒng)級芯片等方面也有著重要的應(yīng)用前景。
[0005]傳統(tǒng)的應(yīng)變SGOI是基于SOI晶圓的雙軸壓應(yīng)變，即在SOI晶圓上直接生長應(yīng)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(yīng)變SiGe層。傳統(tǒng)應(yīng)變SGOI的主要缺點是位錯密度高、只能是雙軸壓應(yīng)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(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、高場下空穴迀移率的提升會退化等。相對于雙軸應(yīng)變SGOI，單軸應(yīng)變對載流子迀移率的提升不隨電場的升高而退化，而且在相同的應(yīng)變量下，單軸應(yīng)變對載流子迀移率的提升高于雙軸應(yīng)變對載流子迀移率的提升。
[0006]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)下退火制作圓片級單軸應(yīng)變SGOI材料的新方法專利(CN201110361525.4)，用以制作晶圓級全局單軸應(yīng)變SGOI材料，其主要工藝如圖1所示，步驟如下:
[0007]1、將SGOI晶圓頂層SiGe層向上放置在弧形彎曲臺上，其彎曲方向與〈110〉或〈100〉方向平行。
[0008]2、彎曲臺上的兩根圓柱形水平壓桿分別放置在SGOI晶圓片兩端，用圓柱形水平壓桿使SGOI晶圓與弧形臺面完全貼合。
[0009]3、在溫度200°C至1250°C的退火爐中退火1.5小時至10小時，使3102埋絕緣層在此過程中發(fā)生塑性形變。
[0010]4、卸下SGOI晶圓恢復(fù)原狀后，由于S12埋絕緣層的塑形形變，形成頂層全局單軸應(yīng)變SiGe層。
[0011]但是該方法存在以下幾個缺點:1)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SGOI，該方法需要額外制作對應(yīng)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(jī)械外力使SGOI晶圓彎曲，會在頂層SiGe中引入缺陷；若SGOI晶圓彎曲度過大，會造成圓片碎裂。3)由于擔(dān)心SGOI晶圓碎裂，所以機(jī)械彎曲的彎曲度不能過大，這就限制了在頂層SiGe中引入的應(yīng)變量的大小，所能實現(xiàn)的應(yīng)變量較小。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于氮化硅應(yīng)力薄膜與尺度效應(yīng)的晶圓級單軸應(yīng)變SGOI的制作方法，以降低應(yīng)變SGOI晶圓的制作工藝復(fù)雜度和成本，提高單軸應(yīng)變SGOI的應(yīng)變量，增強(qiáng)SGOI晶圓片的電子迀移率與空穴迀移率，滿足SGOI器件與集成電路的電學(xué)和光學(xué)性能要求。
[0013]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下:
[0014](I)對絕緣層上硅鍺SGOI晶圓進(jìn)行清洗，該SGOI晶圓包括頂層SiGe層、S12埋絕緣層和Si襯底三層結(jié)構(gòu)；
[0015](2)對清洗過的SGOI晶圓進(jìn)行He離子注入，即將He離子注入到SGOI晶圓的S12埋絕緣層與Si襯底界面處；
[0016](3)在離子注入后的SGOI晶圓頂層SiGe上采用PECVD等工藝淀積-1GPa以上的壓應(yīng)力SiN薄膜或IGPa以上的張應(yīng)力SiN薄膜；
[0017](4)利用半導(dǎo)體光刻和干法刻蝕工藝，對SiN薄膜進(jìn)行條形圖形化，形成條寬和間距均為0.ΙΟμπι?0.16μπι的條形SiN薄膜陣列，用以消除寬度方向的應(yīng)力，得到只有長度方向應(yīng)力的氮化硅壓應(yīng)力條或張應(yīng)力條，使頂層SiGe層和S12埋絕緣層發(fā)生整體的拉伸形變或壓縮形變，進(jìn)而導(dǎo)致SGOI晶圓轉(zhuǎn)變?yōu)榫A級的單軸張應(yīng)變SGOI或單軸壓應(yīng)變SGOI;
[0018](5)對頂層SiGe表面形成條形SiN薄膜陣列的SGOI晶圓進(jìn)行退火，使SiN薄膜的應(yīng)力進(jìn)一步增強(qiáng)，并使S12埋絕緣層發(fā)生塑性形變，保證SiN薄膜去除后頂層SiGe層應(yīng)力不消失;
[0019](6)通過濕法腐蝕去除SGOI晶圓表面上的條形SiN薄膜陣列，最終得到晶圓級單軸張應(yīng)變SGOI或單軸壓應(yīng)變SGOI材料。
[0020]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0021]1、與現(xiàn)有集成電路工藝完全兼容:本發(fā)明的晶圓級單軸應(yīng)變SOI的制作，可通過PECVD工藝淀積、圖形光刻、刻蝕等現(xiàn)有的常規(guī)Si工藝實現(xiàn)，工藝簡單，不需要額外定制工藝所需設(shè)備。
[0022]2、可靠性高:本發(fā)明通過將高應(yīng)力SiN條形陣列引入晶圓級單軸應(yīng)變，不需要對SGOI施加機(jī)械外力，從而防止了圓片發(fā)生彎曲，避免了頂層SiGe中的缺陷產(chǎn)生和圓片碎裂，提尚了成品率。
[0023]3、成本低:本發(fā)明由于采用高應(yīng)力SiN條形陣列，能直接引入晶圓級的單軸應(yīng)變，故可采用普通SGOI晶圓來制作單軸全局應(yīng)變SGOI材料，而非雙軸應(yīng)變SGOI晶圓，降低了工藝成本。
[0024]4、應(yīng)變量大:本發(fā)明通過條形SiN條形陣列的單軸應(yīng)力使頂層SiGe層和S12埋絕緣層發(fā)生整體的單軸拉伸形變或壓縮形變來引入應(yīng)變，故可以通過調(diào)整SiN薄膜淀積工藝增大應(yīng)變量。
【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有晶圓級單軸應(yīng)變SGOI晶圓的工藝流程圖。
[0026]圖2為本發(fā)明的晶圓級單軸應(yīng)變SGOI工藝流程圖。
[0027]圖3為本發(fā)明中淀積在頂層SiGe層上的條形SiN薄膜陣列的俯視圖。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明的技術(shù)原理如下:
[0029]本發(fā)明根據(jù)離子注入工藝原理，將He離子注入到S12埋絕緣層與襯底Si層的界面處，會導(dǎo)致S12埋絕緣層和襯底Si層的界面結(jié)合變得疏松，以使S12埋絕緣層及其上的頂層Si層在淀積高應(yīng)力SiN薄膜后容易發(fā)生相應(yīng)的應(yīng)變。又根據(jù)材料力學(xué)的尺度效應(yīng)原理，通過半導(dǎo)體工藝技術(shù)制作寬度和間距均為10nm?160nm的條形SiN薄膜陣列，使得條形寬度方向的應(yīng)力釋放，而沿條形長度方向的應(yīng)力大小不發(fā)生變化，從而使條形SiN薄膜陣列擁有單軸壓應(yīng)力或單軸張應(yīng)力，以在頂層SiGe層和S12埋絕緣層中引入單軸張應(yīng)變或單軸壓應(yīng)變。在退火過程中，條形SiN薄膜陣列的應(yīng)力會進(jìn)一步增強(qiáng)，并同時導(dǎo)致S12埋絕緣層產(chǎn)生拉伸或壓縮的塑性形變，而頂層SiGe仍處于彈性形變。當(dāng)去除條形SiN薄膜陣列后，由于S12埋絕緣層拉伸或壓縮的塑性形變作用，導(dǎo)致頂層SiGe發(fā)生單軸張應(yīng)變或單軸壓應(yīng)變，最終形成擁有應(yīng)變頂層SiGe層的晶圓級單軸應(yīng)變SOI。
[0030]SGOI晶圓包括3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸的不同規(guī)格，頂層SiGe層的厚度為100?500nmo
[0031 ]參照圖2，本發(fā)明給出基于氮化硅應(yīng)力薄膜與尺度效應(yīng)的晶圓級單軸應(yīng)變SGOI的制作方法的三個實施例，即制備6英寸、8英寸、12英寸的單軸應(yīng)變SGOI晶圓材料，不同規(guī)格的SGOI晶圓均包括三層結(jié)構(gòu):Si襯底3、S12埋絕緣層2和頂層SiGe層I，如圖2a所示。其中:
[0032]6英寸SGOI晶圓，其Si襯底的厚度為550ym，Si02埋絕緣層的厚度為500nm，頂層SiGe層的厚度為10nm;
[0033]8英寸SGOI晶圓，其Si襯底的厚度為550ym，Si02埋絕緣層的厚度為500nm，頂層SiGe層的厚度為200nm;
[0034]12英寸SGOI晶圓，其Si襯底的厚度為550ym，Si02埋絕緣層的厚度為500nm，頂層SiGe層的厚度為300nmo
[0035]實施例1，制備6英寸單軸張應(yīng)變SGOI晶圓材料。
[0036]步驟1:清洗SGOI晶圓，以去除表面污染物。
[0037](1.1)使用丙酮和異丙醇對SGOI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；
[0038](1.2)配置1: 1:3的氨水、雙氧水、去離子水的混合溶液，并加熱至120°C，將SGOI晶圓置于此混合溶液中浸泡12分鐘，取出后用大量去離子水沖洗，以去除SGOI晶圓表面無機(jī)污染物；
[0039](1.3)將SGOI晶圓用HF酸緩沖液浸泡2分鐘，去除表面的氧化層。
[0040] 步驟2:離子注入。
[0041 ] 通過離子注入機(jī)對已清洗的SGOI晶圓注入劑量為1.4E14cm—2，能量60Kev的He離子，以使Si襯底3和S12埋絕緣層2界面4疏松，如圖2b所示。
[0042]步驟3:淀積SiN薄膜。
[0043](3.1)將離子注入后的SGOI晶圓取出，再放置于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD反應(yīng)室中，先啟動真空栗，將反應(yīng)室抽真空至2.STorr，再啟動加熱器將反應(yīng)室的溫度升至400 °C并保持恒溫；
[0044](3.2)向反應(yīng)室內(nèi)依次通入0.41slm的高純SiH4，2.0slm的高純NH3，2.0slm的高純
N2;
[0045](3.3)設(shè)高頻HF功率為0.2IKW，低頻LF功率為0.8IKW，在SGOI晶圓上淀積厚度為0.8μ??，應(yīng)力為-1GPa的SiN壓應(yīng)力膜5，如圖2c所示；
[0046](3.4)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SiN壓應(yīng)力膜的SGOI晶圓。
[0047]步驟4:利用半導(dǎo)體光刻和刻蝕技術(shù)，刻蝕壓應(yīng)力SiN薄膜5，形成條形SiN薄膜陣列6，如圖2(1所示。
[0048](4.1)在壓應(yīng)力SiN層5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)域為寬度和間隔均為0.16μηι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層上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列；
[0049](4.2)采用反應(yīng)離子刻蝕RIE工藝，在反應(yīng)腔壓強(qiáng)為4Pa，反應(yīng)室溫度為40°C，基片溫度為5°C，13.56MHz高頻射頻功率為400W，刻蝕氣體CHF4流量為30sccm，02氣體流量為3SCCm的條件下，對淀積在SGOI晶圓頂層Si層上的壓應(yīng)力SiN薄膜5進(jìn)行刻蝕，形成寬度為0.16μπι的條形SiN薄膜陣列6，用以消除寬度方向的應(yīng)力，得到只有長度方向應(yīng)力的氮化硅應(yīng)力條，得到的帶有SiN薄膜陣列6的SGOI晶圓俯視圖如圖3所示；
[0050](4.3)去除條形SiN薄膜陣列上的光刻膠。
[0051 ] 步驟5:退火。
[0052]對頂層SiGe層I表面形成條形SiN薄膜陣列6的SGOI晶圓進(jìn)行退火，如圖2e所示，SP在升溫速率為4°C/min，溫度為340°C的條件下在惰性氣體Ne中退火3.2小時，再以4°(:/11^11的速率降溫至室溫；
[0053]在退火過程中，條形SiN薄膜陣列6的應(yīng)力會進(jìn)一步增強(qiáng)，導(dǎo)致S12埋絕緣層2產(chǎn)生拉伸的塑性形變。
[0054]步驟6:去除條形SiN薄膜。
[0055]把淀積了條形SiN薄膜陣列6的SOI晶圓放入體積分?jǐn)?shù)為85%的磷酸溶液中，在150°C下進(jìn)行6分鐘的濕法刻蝕，最終得到具有應(yīng)變頂層Si層7的單軸張應(yīng)變SOI晶圓材料，如圖2f所示。
[0056]實施例2，制備8英寸單軸壓應(yīng)變SGOI晶圓材料。
[0057]步驟一:清洗SGOI晶圓，以去除表面污染物。
[0058]本步驟的實現(xiàn)與實施例1的步驟I相同。
[0059]步驟二:對已清洗的SGOI晶圓注入劑量為1.4E15cm—2，能量IlOKev的He離子，以使Si襯底3和S12埋絕緣層2界面4疏松，如圖2b所示。
[0060]步驟三:在已完成離子注入的SGOI晶圓的頂層SiGe層I的表面淀積厚度為0.9μπι，應(yīng)力為I.IGPa的張應(yīng)力SiN薄膜5，如圖2c所示。
[0061]本步驟的實現(xiàn)過程與實施例1的步驟3相同，其工藝參數(shù)如下:
[0062]反應(yīng)室溫度為400°C，反應(yīng)室壓強(qiáng)為3.11'0^高頻冊功率為1.21(￥，低頻1^功率為
0.3矹，51!14流量為0.381111，順3流量為1.881111，高純氮氣流量為1.081111。
[0063]步驟四:利用半導(dǎo)體光刻和刻蝕技術(shù)，刻蝕張應(yīng)力SiN薄膜5，形成條形SiN薄膜陣列6，如圖2d所示。
[0064](4a)在張應(yīng)力SiN層5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(jìn)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SiN層上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列；
[0065](4b)采用反應(yīng)離子刻蝕RIE工藝，對淀積在SGOI晶圓頂層Si層上的張應(yīng)力SiN薄膜
5進(jìn)行刻蝕，形成寬度為0.15μπι的條形SiN薄膜陣列6，用以消除寬度方向的應(yīng)力，得到只有長度方向應(yīng)力的氮化硅應(yīng)力條，得到的帶有SiN薄膜陣列6的SGOI晶圓俯視圖如圖3所示，反應(yīng)離子刻蝕RIE工藝條件與實施例1中的步驟(4.1)相同；
[0066](4c)去除條形SiN薄膜陣列6上的光刻膠。
[0067]步驟五:對頂層SiGe層I表面形成條形SiN薄膜陣列6的SGOI晶圓進(jìn)行退火，如圖2e所示，即在升溫速率為4°(:/1^11，溫度為390°(:的條件下在惰性氣體他中退火2.7小時，再以4°C/min的速率降溫至室溫。在退火過程中，條形SiN薄膜陣列6的應(yīng)力會進(jìn)一步增強(qiáng)，導(dǎo)致S12埋絕緣層2產(chǎn)生壓縮的塑性形變。
[0068]步驟六:去除SGOI晶圓頂層SiGe層I表面的條形SiN薄膜陣列6，如圖2f所示。
[0069]把淀積了條形SiN薄膜陣列6的SOI晶圓放入體積分?jǐn)?shù)為85%的磷酸溶液中，在170°C下進(jìn)行9分鐘的濕法刻蝕，最終得到具有應(yīng)變頂層Si層7的單軸壓應(yīng)變SOI晶圓材料。
[0070]實施例3，制備12英寸單軸張應(yīng)變SGOI晶圓材料。
[0071 ]步驟A:清洗SGOI晶圓，以去除表面污染物。
[0072]本步驟的實現(xiàn)與實施例1的步驟I相同。
[0073]步驟B:對已清洗的SGOI晶圓進(jìn)行離子注入，以使Si襯底3和S12埋絕緣層2界面4疏松，如圖2b所示。
[0074]離子注入的工藝是:注入劑量為1.4E16cm—2，注入能量140Kev，注入離子為He離子。
[0075]步驟C:淀積SiN薄膜。
[0076]在已完成離子注入的SGOI晶圓的頂層SiGe層I的表面淀積厚度為0.8μπι，應(yīng)力為-1.2GPa的壓應(yīng)力SiN薄膜5，如圖2c所示；
[0077]本步驟的實現(xiàn)過程與實施例1的步驟3相同，其工藝參數(shù)如下:
[0078]反應(yīng)室溫度為4000C，反應(yīng)室壓強(qiáng)為3.0Torr，高頻HF功率為0.41KW，低頻LF功率為
0.61鼎，5丨!14流量為0.2181111，順3流量為2.281111，高純氮氣流量為2.481111。
[0079]步驟D:利用半導(dǎo)體光刻和刻蝕技術(shù)，刻蝕壓應(yīng)力SiN薄膜5，形成條形SiN薄膜陣列6，如圖2(1所示。
[0080](Dl)在壓應(yīng)力SiN層5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 Ομπι的光刻板進(jìn)行曝光，曝光的區(qū)域為寬度和間隔均為0.1 Ομπι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層上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列；[0081 ] (D2)采用反應(yīng)離子刻蝕RIE工藝，對淀積在SGOI晶圓頂層Si層上的壓應(yīng)力SiN薄膜5進(jìn)行刻蝕，形成寬度為0.ΙΟμπι的條形SiN薄膜陣列6，用以消除寬度方向的應(yīng)力，得到只有長度方向應(yīng)力的氮化硅應(yīng)力條，得到的帶有SiN薄膜陣列6的SGOI晶圓俯視圖如圖3所示，反應(yīng)離子刻蝕RIE工藝條件與實施例1的步驟(4.1)相同；
[0082](D3)去除條形SiN薄膜陣列6上的光刻膠。
[0083]步驟E:退火。
[0084]對頂層SiGe層I表面形成條形SiN薄膜陣列6的SGOI晶圓進(jìn)行退火，如圖2e所示，SP在升溫速率為4°C/min，溫度為440°C的條件下在惰性氣體Ne中退火2.2小時，再以4°(:/11^11的速率降溫至室溫。在退火過程中，條形SiN薄膜陣列6的應(yīng)力會進(jìn)一步增強(qiáng)，導(dǎo)致S12埋絕緣層2產(chǎn)生拉伸的塑性形變。
[0085]步驟F:去除條形SiN薄膜陣列。
[0086]把淀積了條形SiN薄膜陣列6的SOI晶圓放入體積分?jǐn)?shù)為85%的磷酸溶液中，在190°C下進(jìn)行8分鐘的濕法刻蝕，最終得到具有應(yīng)變頂層Si層7的單軸張應(yīng)變SOI晶圓材料，如圖2f所示。
【主權(quán)項】
1.基于氮化硅應(yīng)力薄膜與尺度效應(yīng)的晶圓級單軸應(yīng)變SGOI的制作方法，包括如下步驟: (1)對絕緣層上硅鍺SGOI晶圓進(jìn)行清洗，該SGOI晶圓包括頂層SiGe層、S12埋絕緣層和Si襯底三層結(jié)構(gòu)； (2)對清洗過的SGOI晶圓進(jìn)行He離子注入，即將He離子注入到SGOI晶圓的Si0d_i絕緣層與Si襯底界面處； (3)在離子注入后的SGOI晶圓頂層SiGe上采用PECVD等工藝淀積-1GPa以上的壓應(yīng)力SiN薄膜或IGPa以上的張應(yīng)力SiN薄膜； (4)利用半導(dǎo)體光刻和干法刻蝕工藝，對SiN薄膜進(jìn)行條形圖形化，形成條寬和間距均為0.ΙΟμπι?0.16μπι的條形SiN薄膜陣列，用以消除寬度方向的應(yīng)力，得到只有長度方向應(yīng)力的氮化硅壓應(yīng)力條或張應(yīng)力條氮化硅應(yīng)力條，使頂層SiGe層和S12埋絕緣層發(fā)生整體的拉伸形變或壓縮形變，進(jìn)而導(dǎo)致SGOI晶圓轉(zhuǎn)變?yōu)榫A級的單軸張應(yīng)變SGOI或單軸壓應(yīng)變SGOI ； (5)對頂層SiGe表面形成條形SiN薄膜陣列的SGOI晶圓進(jìn)行退火，使SiN薄膜的應(yīng)力進(jìn)一步增強(qiáng)，并使S12埋絕緣層發(fā)生塑性形變，保證SiN薄膜去除后頂層SiGe層應(yīng)力不消失； (6)通過濕法腐蝕去除SGOI晶圓表面上的條形SiN薄膜陣列，最終得到晶圓級單軸張應(yīng)變SGOI或單軸壓應(yīng)變SGOI材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(I)中的SGOI晶圓，其包括3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸的不同規(guī)格，頂層SiGe層厚度為100?500nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(I)中對SGOI晶圓進(jìn)行清洗，其步驟如下: (Ia)使用丙酮和異丙醇對SGOI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； (Ib)配置I: 1:3的氨水、雙氧水、去離子水的混合溶液，并加熱至1200C，將SGOI晶圓置于此混合溶液中浸泡12分鐘，取出后用大量去離子水沖洗，以去除SGOI晶圓表面無機(jī)污染物； (I c)將SGOI晶圓用HF酸緩沖液浸泡2分鐘，去除表面的氧化層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(2)中的離子注入，采用He離子，其注入劑量從1.4E14cm—2?1.4E16cm—2變化，注入能量根據(jù)頂層SiGe層厚度的不同從60Kev?140Kev變化。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(3)在頂層SiGe上淀積壓應(yīng)力SiN層的工藝，采用等離子體化學(xué)氣相淀積PECVD工藝，其參數(shù)如下: 高頻功率HF為0.2IKW?0.4IKW; 低頻功率LF從0.6IKW?0.81KW； 高純SiH4流量0.21slm?0.41slm，高純NH3流量2.0slm?2.2slm，高純氮氣流量2.0slm?2.4slm； 反應(yīng)室壓強(qiáng)2.8Torr?3.0Torr ； 反應(yīng)室溫度400 °C; 淀積厚度0.8μηι?1.Ομπι。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(3)在頂層Si上淀積張應(yīng)力SiN層的工藝，采用等離子體化學(xué)氣相淀積PECVD工藝，其參數(shù)如下: 高頻功率HF為1.1KW?1.3KW； 低頻功率LF從0.2KW?0.4KW ； 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(yīng)室壓強(qiáng)2.0Torr?3.3Torr ； 反應(yīng)室溫度400 °C; 淀積厚度0.8μηι?1.2μηι。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(4)中使用光刻和反應(yīng)離子刻蝕RIE工藝方法將SiN層刻蝕成條狀陣列，按如下步驟進(jìn)行: (4a)在SiN層上涂正光刻膠，將光刻膠烘干，利用具有條形寬度和間隔均為0.ΙΟμπι?0.16μηι的光刻板進(jìn)行曝光，曝光的區(qū)域為寬度和間隔均為0.ΙΟμπι?0.16μηι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層上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列； (4b)采用反應(yīng)離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在SGOI晶圓頂層SiGe上的無光刻膠掩蔽膜區(qū)域，即曝光區(qū)域下的SiN，留下條狀光刻膠掩蔽膜下的SiN，得到寬度和間距均為0.ΙΟμπι?0.16μπι的SiN條狀陣列； (4c)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，其中步驟(5)中的退火，其工藝條件是:溫度:340°C?440 °C，時間:2.2?3.2小時，環(huán)境:He、Ne、Ar或它們的混合物。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(6)中的濕法刻蝕去除SiN薄膜，是采用體積分?jǐn)?shù)為85 %的磷酸溶液，在溫度為150 0C?200 0C下進(jìn)行5?20分鐘的刻蝕。
【文檔編號】H01L21/762GK106098611SQ201610446181
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月20日
【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(xué)