【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子
,涉及半导体衬底材料制作工艺技术,具体的说是一种晶圆级单轴应变SOI材料的制作方法,可制作用于超高速、低功耗、抗辐照半导体器件与集成电路所需的高性能SOI晶圆。
技术介绍
目前,Si集成电路已发展到了极大规模的纳米技术时代,但现有的体Si材料及工艺已达到其物理极限,无法满足先进的CMOS器件及集成电路对高速、高频和低压低功耗的需求。而应变Si的电子和空穴迁移率,理论上将分别是体Si的2倍和5倍,可大大提升器件与电路的频率和速度。然而Si集成电路和应变Si集成电路均存在漏电的问题,导致器件和电路性能下降。SOI,即绝缘体上硅,是一种具有“Si/绝缘层/Si”三层结构的新型Si基半导体材料,其与体Si技术相比,具有功耗低、集成密度高、寄生电容小、抗辐照能力强等优势,在要求低功耗、抗辐的领域拥有广泛应用。但是由于目前集成电路进入纳米技术时代,而SOI本身的迁移率较低,无法满足现在高速集成电路的需求。将应变Si与SOI相结合,产生的应变SOI材料,既可以克服Si集成电路的漏电,又能显著提高SOI晶圆的电子迁移率和空穴迁移率,而且与现有Si工艺兼容,是高速、低功耗集成电路的优选工艺,已成为21世纪延续摩尔定律的关键技术。现有的应变SOI材料分为双轴应变SOI和单轴应变SOI。双轴应变SOI,通常采用智能剥离加键合的工艺方法,即在弛豫的SiGe层上外延应变Si层,再转移至绝缘层上形成应变SOI。由于形成的顶层应变Si层为双轴应变,而双轴应变对载流子迁移率的提升随着电场升高而退化。中国科学院上海微系统与信息技术研究所、上海新傲科技股份有限公 ...
【技术保护点】
基于氮化硅应力薄膜与尺度效应的晶圆级单轴应变SOI的制作方法,包括如下步骤:(1)对绝缘层上硅SOI晶圆进行清洗,该SOI晶圆包括顶层Si层、SiO2埋绝缘层和Si衬底三层结构;(2)对清洗过的SOI晶圆进行He离子注入,即将He离子注入到SOI晶圆的SiO2埋绝缘层与Si衬底界面处;(3)在离子注入后的SOI晶圆顶层Si上采用PECVD等工艺淀积‑1GPa以上的高压应力SiN薄膜或1GPa以上的张应力SiN薄膜;(4)利用半导体光刻和干法刻蚀工艺,对SiN薄膜进行条形图形化,形成条宽和间距均为0.1μm~0.2μm的条形SiN薄膜阵列,用以消除宽度方向的应力,得到只有长度方向应力的氮化硅压应力条或张应力条,使顶层Si层和SiO2埋绝缘层发生整体的单轴拉伸形变或单轴压缩形变,进而导致SOI晶圆转变为晶圆级的单轴张应变SOI或单轴压应变SOI;(5)对顶层Si表面形成条形SiN薄膜阵列的SOI晶圆进行退火,使SiN薄膜的应力进一步增强,并使SiO2埋绝缘层发生塑性形变,保证SiN薄膜去除后顶层Si层应力不消失;(6)通过湿法腐蚀去除SOI晶圆表面上的条形SiN薄膜阵列,最终得到晶圆级单轴 ...
【技术特征摘要】
1.基于氮化硅应力薄膜与尺度效应的晶圆级单轴应变SOI的制作方法,包括如下步骤:(1)对绝缘层上硅SOI晶圆进行清洗,该SOI晶圆包括顶层Si层、SiO2埋绝缘层和Si衬底三层结构;(2)对清洗过的SOI晶圆进行He离子注入,即将He离子注入到SOI晶圆的SiO2埋绝缘层与Si衬底界面处;(3)在离子注入后的SOI晶圆顶层Si上采用PECVD等工艺淀积-1GPa以上的高压应力SiN薄膜或1GPa以上的张应力SiN薄膜;(4)利用半导体光刻和干法刻蚀工艺,对SiN薄膜进行条形图形化,形成条宽和间距均为0.1μm~0.2μm的条形SiN薄膜阵列,用以消除宽度方向的应力,得到只有长度方向应力的氮化硅压应力条或张应力条,使顶层Si层和SiO2埋绝缘层发生整体的单轴拉伸形变或单轴压缩形变,进而导致SOI晶圆转变为晶圆级的单轴张应变SOI或单轴压应变SOI;(5)对顶层Si表面形成条形SiN薄膜阵列的SOI晶圆进行退火,使SiN薄膜的应力进一步增强,并使SiO2埋绝缘层发生塑性形变,保证SiN薄膜去除后顶层Si层应力不消失;(6)通过湿法腐蚀去除SOI晶圆表面上的条形SiN薄膜阵列,最终得到晶圆级单轴张应变SOI或单轴压应变SOI材料。2.根据权利要求1所述的方法,其中步骤(1)中的SOI晶圆,其包括3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸的不同规格,其顶层Si层厚度为100~500nm。3.根据权利要求1所述的方法,其中步骤(1)中对SOI晶圆进行清洗,其步骤如下:(1a)使用丙酮和异丙醇对SOI晶圆交替进行超声波清洗,以去除衬底表面有机物污染;(1b)配置1:1:3的氨水、双氧水、去离子水的混合溶液,并加热至120℃,
\t将SOI晶圆置于此混合溶液中浸泡12分钟,取出后用大量去离子水冲洗,以去除SOI晶圆表面无机污染物;(1c)将SOI晶圆用HF酸缓冲液浸泡2分钟,去除表面的氧化层。4.根据权利要求1所述的方法,其中步骤(2)中的离子注入,采用He离子,其注入剂量从1E14cm-2~1E16cm-2变化,注入能量根据顶层Si层厚度的不同从70Kev~150Kev变化。5.根...
【专利技术属性】
技术研发人员:戴显英,郝跃,梁彬,蒲凯文,苗东铭,祁林林,焦帅,
申请(专利权)人:西安电子科技大学,
类型:发明
国别省市:陕西;61
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