一种扫描式高能微束X射线制备应变硅的方法技术

本发明专利技术公开了一种扫描式高能微束X射线制备应变硅的方法，涉及集成电路制造领域；该方法包括以下步骤：合成出一个Si/SiO2双层复合结构体系，其结构为上表面覆盖有二氧化硅层的硅薄膜，使用高能微束X射线按照一定先后顺序依次照射Si/SiO2双层复合结构体系中预期产生应变的区域以制备局部应变的应变硅；本发明专利技术首次使用了高能微束X射线的方法，利用微束X射线束斑面积极小的特点，实现精准选择与控制应变硅应变区域，并在不同应变区域产生大小可控的应变量的目的；该方法具有应变区域和大小精准可控，工作温度低，无引入中杂质，工艺简单，应变量范围大，对硅无损伤等优点，有望在半导体集成电路、微纳电子器件等领域广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种扫描式高能微束X射线制备应变硅的方法
本专利技术涉及集成电路制造领域，具体涉及一种扫描式高能微束X射线制备应变硅的方法。
技术介绍
硅是如今半导体制造业极为重要的原材料，随着芯片制造技术的不断发展与改进，应变硅技术的出现成为进一步提高芯片运行速度行之有效的手段。当硅晶格受到应力产生应变，可将传输载子之有效质量缩小，迁移率及饱和速度均增加。因此在同样组件尺寸下，若使用应变硅技术作为载子传输通道，因其电子与空穴的载子迁移率增加，可达到增加组件速度与驱动电流的目标。目前在应变硅制作工艺上应变方式主要有两类，即衬底诱生应变和工艺诱生应变。衬底诱生应变的方法一般是在衬底上外延晶格不匹配的材料，包括Si衬底上生长应变的SiGe材料和在SiGe虚衬底上生长应变的Si材料。这种方法优点是可同时提高电子和空位迁移率，但缺点是无法获得相对大的应变，且当衬底Ge含量较高时，由于晶格失配愈发严重而在SiGe/应变硅界面形成大量位错缺陷俘获电子成为带点中心，对电子运动造成库伦散射，从而减低迁移率，而且当外加有效电场增大时，空穴迁移率也会下降，最重要的是工艺整合困难(DouglasJPaul.Si/SiGeheterostructures:frommaterialandphysicstodevicesandcircuits[J].SemiconductorScienceandTechnology,2004)。工艺诱生应变是通过对一些SiMOS常规工艺进行控制或调节，从而实现在器件沟道处产生应变。主要工艺包括源/漏工程(S/DEngineering)，应力帽层技术(stressedliner)，以及浅槽隔离技术(STI)等。源/漏工程优点是成本低，但需引入高温，并可能产生闭锁效应(D.Zhang,BYNguyen,T.White,etal.EmbeddedSiGeS/DPMOSonthinbodySOIsubstratewithdrivecurrentenhancement[J].VLSITechnology,2005)。应力帽层技术优点是使n和p沟道内硅的迁移率均有所提高，缺点是盖帽层沉积过程不同方法亦或引入高温，亦或难以去除杂质及颗粒沾污，亦或成本过高，且氮化硅帽层较脆易破裂，引起应力释放使应变量变小(DAAntoniadis,IAberg,CNiChleirigh,etal.ContinuousMOSFETperformanceincreasewithdevicescaling:theroleofstrainandchannelmaterialinnovation[J].IBMJournalofResearchandDevelopment,2006)。浅槽隔离工艺中由于STI槽间距不能太小，限制了产生应变的最大值(YMSheu,KYYDoong,CHLee,etal.StudyonSTImechanicalstressinducedvariationsonadvancedCMOSFETs[J].MicroelectronicTestStructures,2003)。此外，如今一个重要研究方向是整合多种应变技术以进一步改善器件性能，而这大大提高了制备工艺中预处理及处理环节和集成电路工艺整合过程的难度，增加了应变工艺模块对电路成品率和可靠性的影响。
技术实现思路
本专利技术针对目前应变硅生产的缺陷与不足，基于高能X射线对硅无损性及对二氧化硅的辐照效应，提出一种扫描式高能微束X射线制备应变硅的方法，由Si/SiO2双层复合结构体系制备应变硅，有望在半导体集成电路、微纳电子器件等领域广泛应用。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种扫描式高能微束X射线制备应变硅方法，具体包括如下步骤：步骤(1)使用已知的方法合成出一个Si/SiO2双层复合结构体系，其结构为上表面覆盖有二氧化硅层的硅薄膜，硅薄膜厚度为d1，二氧化硅层厚度为d2；步骤(2)使用高能微束X射线按照一定顺序依次照射Si/SiO2双层复合结构体系中预期产生应变的区域，能量为E，曝光时间为t，束斑直径为dx。步骤(1)中合成的Si/SiO2双层复合结构体系，硅薄膜厚度d1为100纳米至10微米，二氧化硅层厚度d2可改变范围为d1的0.1～10倍。通过控制二氧化硅层和硅薄膜的厚度和两者界面结合强度来控制产生应变的大小。步骤(2)中所使用的高能微束X射线能量E为5～28keV，曝光时间t为0.1～10s，束斑直径dx则是根据所需应变尺寸和精度调整，最小为50nm；高能微束X射线的照射先后顺序对制得应变硅的应变大小和区域无影响。通过控制高能微束X射线的能量和曝光时间来控制产生应变的大小。和现有技术相比较，本专利技术的优点在于：精准控制了应变硅应变区域，并能够在不同应变区域产生大小可控的应变量，解决了以往工艺中应变区域与应变大小难以确定的问题；整个应变过程在室温下进行，克服了以往工艺的高温条件，提高了制得应变硅的稳定性和可靠性；无需添加其他原料，利用X射线的辐照效应即可完成，因此无引入杂质，无污染；整合工艺简单，无需去除应变硅表面的二氧化硅层，其可直接作为栅介质；相对其他工艺而言可产生较大的最大应变量，同时免去部分整合工艺，简化产生局部应变的生产工艺流程；X射线曝光时间短，应变过程快；对硅无损伤，有望在半导体集成电路、微纳电子器件等领域广泛应用。附图说明图1是本专利技术X射线照射过程的实验示意图。图2是本专利技术第一个实验例高能微束X射线扫描方式及实验结果，其中：图2(a)为X射线扫描方式及区域，即Si/SiO2双层复合结构体系中预期产生应变的区域；图2(b)为扫描区域的硅薄膜在ZZ方向上的应变分布。图3是本专利技术第二个实验例高能微束X射线扫描方式及实验结果，其中：图3(a)～(d)为X射线扫描方式及区域，即Si/SiO2双层复合结构体系中预期产生应变的区域；图3(e)为扫描区域的硅薄膜在ZZ方向上的应变分布。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施方式，对本专利技术做进一步的介绍。第一个实施例具体包括以下步骤：步骤(1)合成出一个Si/SiO2双层复合结构体系，采用公知的干氧氧化法合成，如图1所示，其结构为上表面覆盖有二氧化硅层的硅薄膜，硅薄膜厚度为2μm，二氧化硅层厚度为0.45μm，尺寸为4.7mm×4.7mm，其中Si/SiO2双层复合结构体系，合成过程详细信息如下：取8寸N型<100>低阻双面抛光硅片，对硅片进行标准清洗，用HF(1:100)去除表面氧化层，并用氮气吹淋后烘干，完成备片；再将硅片慢慢推入高温炉中，通干氧进入高温炉，流量为0.4L/min，升温至1000℃保持270分钟后冷却；之后测得硅片上表面氧化得到的二氧化硅氧化层厚度为0.45μm；随后先采用机械方法对硅薄膜进行减薄，将硅薄膜减薄至15μm左右，再用干法(SF6:C4F8＝3:4)刻蚀掉剩余的硅薄膜至2μm，洗净后光刻划片成尺寸为4.7mm×4.7mm的单片，完成制样。为了防止硅氧化，将最终产物保存在有机溶剂中。该实验条件下合成的Si/SiO2双层复合结构体系，硅薄膜厚度为2μm，二氧化硅层厚度为0.45μm，两者具有较高的结合强度。硅薄膜和二氧化硅层厚度及两者界面结合强度等可以通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扫描式高能微束X射线制备应变硅的方法，其特征在于，整个应变过程在室温下进行，具体包括如下步骤：步骤(1)合成一个Si/SiO2双层复合结构体系，其结构为上表面覆盖有二氧化硅层的硅薄膜，硅薄膜厚度为d1，二氧化硅层厚度为d2；步骤(2)使用高能微束X射线按照一定先后顺序依次照射Si/SiO2双层复合结构体系中预期产生应变的区域，能量为E，曝光时间为t，束斑直径为dx。

【技术特征摘要】
1.一种扫描式高能微束X射线制备应变硅的方法，其特征在于，整个应变过程在室温下进行，具体包括如下步骤：步骤(1)合成一个Si/SiO2双层复合结构体系，其结构为上表面覆盖有二氧化硅层的硅薄膜，硅薄膜厚度为d1，二氧化硅层厚度为d2；步骤(2)使用高能微束X射线按照一定先后顺序依次照射Si/SiO2双层复合结构体系中预期产生应变的区域，能量为E，曝光时间为t，束斑直径为dx。2.根据权利要求1所述的一种扫描式高能微束X射线制备应变硅方法，其特征在于：步骤(1)合成的Si/SiO2双层复合结构体系中，硅薄膜厚度d1为100纳米至10微米，二氧化硅层厚度d2可改变范围为d1的0.1～10倍。3.根据权利要求1所述的一种扫描式高能微束X...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凯，潘志豪，朱文欣，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61