应力可调的悬浮应变薄膜结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种应力可调的悬浮应变薄膜结构及其制备方法，该方法包括以下步骤：S1：提供一自上而下依次包括顶层应变半导体层、埋氧层及半导体衬底的半导体结构，刻蚀顶层应变半导体层形成预设图形微结构及基座；所述微结构包括一对平板及连接于该一对平板之间的至少一条中心桥线；所述平板的外端连接于基座；S2：通过干法腐蚀去除所述微结构下方的埋氧层以释放微结构，使得所述平板应力弛豫，中心桥线应力增加。本发明专利技术通过弹性变形机制和图形化改变顶层应变半导体层本身的固有应力，使得平板应力弛豫，而中心桥线应力增加，从而实现应力大小及应力区域的调控，在绝缘体上应变半导体材料结构上制备高质量、大应变的应变纳米线，工艺简单高效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体领域，涉及一种。
技术介绍
随着集成电路产业的发展，在目前极大规模的纳米技术时代中，需要进一步提高芯片的集成度和工作性能，而现有的体硅材料和工艺正接近它们的物理极限，在进一步减小集成电路的特征尺寸方面越来越受到成本和技术的限制。寻找新材料、新衬底、新器件结构成为进一步提高晶体管性能的首选。SOI技术与应变硅技术成为纳米技术时代取代现有单晶娃材料的两大解决方案，是维持Moore定律走势的两大利器。应变硅技术通过在传统的体硅器件中引入应力可以提高载流子的迁移率，且应变CMOS以体硅工艺为基础不需要复杂的工艺，因而正在作为一种廉价且高效的技术得到越来越广泛的应用。在应变硅技术中，M0S晶体管(有时叫M0S管或M0S器件)沟道区的张应力能够提升电子的迁移率，压应力能够提升空穴的迁移率。一般而言，在N型金属氧化物半导体场效应管(NM0SFET，也叫NM0S)的沟道区引入张应力来提升NM0S器件的性能，在P型金属氧化物半导体场效应管(PM0SFET，也叫PM0S)的沟道区引入压应力来提升PM0S器件的性能。应变硅与SOI技术相结合，发展出了多种材料结构，在这样的材料上制作的M0SFET具有应变硅和S0I技术共同带来的技术优势。传统改变应力的方法工艺复杂，成本较高,引入的应力大小有限，应力大小不好控制，且容易产生大量位错缺陷。且现有悬浮结构的牺牲层是采用氢氟酸溶液湿法腐蚀去除的，在悬浮结构释放后，容易在液体的粘附力作用下发生顶层悬浮层与衬底接触的现象，使悬浮面积不能做得太大，应力增加程度较小。因此，提供一种便于调节悬浮应变薄膜应力的方法及结构以得到高质量大应力的纳米薄膜实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种，用于解决现有技术中改变应力的方法工艺复杂、成本较高、引入应力大小有限、容易产生位错缺陷的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种应力可调的悬浮应变薄膜结构的制备方法，至少包括以下步骤:S1:提供一自上而下依次包括顶层应变半导体层、埋氧层及半导体衬底的半导体结构，刻蚀所述顶层应变半导体层以在其中形成预设图形微结构及连接于所述微结构的基座；所述微结构包括一对平板及连接于该一对平板之间的至少一条中心桥线；所述平板的外端连接于所述基座；S2:通过干法腐蚀去除所述微结构下方的埋氧层以释放所述微结构，使得所述平板应力弛豫，所述中心桥线应力增加。可选地，于所述步骤S2中，通过氢氟酸蒸汽腐蚀系统对所述微结构下方的埋氧层进行干法腐蚀。可选地，通过改变所述平板与所述中心桥线的面积比来控制所述中心桥线的应力增加程度。可选地，所述平板在水平面上的投影面积是所述中心桥线在水平面上的投影面积的50?500倍。可选地，所述微结构还包括一对外桥线，所述平板的外端通过所述外桥线连接于所述基座。可选地，所述外桥线在水平面上的投影面积大于所述中心桥线在水平面上的投影面积。可选地，所述平板在水平面上的投影为正方形、矩形、菱形、圆形或椭圆形。可选地，所述中心桥线为纳米线，所述纳米线的宽度范围是1?lOOOnm。可选地，所述顶层应变半导体层为张应变或压应变薄膜。可选地，所述顶层应变半导体层为应变硅层、应变锗层或应变锗硅层。可选地，于所述步骤S2中，所述中心桥线的应力增加2?5倍。本专利技术还提供一种应力可调的悬浮应变薄膜结构，至少包括:半导体衬底、形成于所述半导体衬底上的埋氧层及形成于所述埋氧层上的顶层应变半导体层；所述顶层应变半导体层中形成有预设图形微结构及连接于所述微结构的基座；所述微结构包括一对平板及连接于该一对平板之间的至少一条中心桥线；所述平板的外端连接于所述基座；所述微结构下方的埋氧层被挖空，使所述微结构处于悬空状态；所述平板处于应力弛豫状态，所述中心桥线处于应力增加状态。可选地，所述微结构还包括一对外桥线，所述平板的外端通过所述外桥线连接于所述基座。可选地，所述顶层应变半导体层为张应变或压应变薄膜。可选地，所述顶层应变半导体层为应变硅层、应变锗层或应变锗硅层。可选地，所述中心桥线为纳米线，所述纳米线的宽度范围是1?lOOOnm。可选地，所述平板在水平面上的投影面积是所述中心桥线在水平面上的投影面积的50?500倍。如上所述，本专利技术的，具有以下有益效果:本专利技术通过弹性变形机制和图形化改变顶层应变半导体层本身的固有应力，使得部分微结构区域应力弛豫，而另一部分微结构区域应力增加，从而实现应力大小及应力区域的调控，在绝缘体上应变半导体材料结构上制备高质量、大应变的应变纳米线。本专利技术中通过使用氢氟酸蒸汽腐蚀系统对埋氧层进行干法腐蚀从而释放所述微结构，可以避免产生湿法腐蚀后引起的粘附力导致微结构坍塌的问题。本专利技术还可通过改变所述平板与所述中心桥线的面积比来控制所述中心桥线的应力增加程度，工艺简单高效。本专利技术的悬浮应变薄膜结构中的纳米线具有高质量、大应变的特点，为新型半导体器件材料或微机电器件(MEMS)材料提供了一种良好的选择。【附图说明】图1显示为本专利技术的应力可调的悬浮应变薄膜结构的制备方法中提供的半导体结构的剖面示意图。图2显示为本专利技术的应力可调的悬浮应变薄膜结构的制备方法中刻蚀顶层应变半导体层以形成预设图形微结构的俯视示意图。图3显示为本专利技术的应力可调的悬浮应变薄膜结构的制备方法中通过干法腐蚀去除微结构下方的埋氧层以释放所述微结构的俯视示意图。图4显示为图3所示结构的立体图。图5显示为本专利技术的应力可调的悬浮应变薄膜结构的制备方法中刻蚀顶层应变半导体层以形成另一图形微结构的俯视示意图。图6显示为本专利技术的应力可调的悬浮应变薄膜结构的制备方法中释放微结构后的薄膜形变位移分布图。元件标号说明1 顶层应变半导体层2 埋氧层3 半导体衬底4 基座5 平板6 中心桥线7 外桥线【具体实施方式】以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例一本专利技术提供一种应力可调的悬浮应变薄膜结构的制备方法，至少包括以下步骤:步骤S1:提供一自上而下依次包括顶层应变半导体层、埋氧层及半导体衬底的半导体结构，刻蚀所述顶层应变半导体当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应力可调的悬浮应变薄膜结构的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：S1：提供一自上而下依次包括顶层应变半导体层、埋氧层及半导体衬底的半导体结构，刻蚀所述顶层应变半导体层以在其中形成预设图形微结构及连接于所述微结构的基座；所述微结构包括一对平板及连接于该一对平板之间的至少一条中心桥线；所述平板的外端连接于所述基座；S2：通过干法腐蚀去除所述微结构下方的埋氧层以释放所述微结构，使得所述平板应力弛豫，所述中心桥线应力增加。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：狄增峰，孙高迪，陈达，郭庆磊，叶林，董林玺，张苗，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31