【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子
,涉及半导体材料制作工艺技术,特别是一种SiN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge的制作方法,可用于制作超高速、高温、大功耗、高功率集成电路、光电集成电路所需的高性能GeOI晶圆。
技术介绍
传统的体Si材料的载流子迁移率很难满足未来高性能半导体器件和电路的需求。半导体Ge的电子与空穴迁移率分别是Si的2.8倍和4.2倍,其空穴迁移率是所有半导体中最高的。Ge还是优异的光电材料,在可见光到近红外探测器、调制器、光波导、光发射器、太阳电池等方面有着极为广泛的应用。由于禁带宽度只有0.67eV,Ge器件与电路漏电较大。GeOI,即绝缘层上锗,是具有“Ge/埋绝缘层/Si”三层结构的新型Si基半导体衬底材料。其中埋绝缘层阻碍了电流泄漏,解决了Ge材料的衬底漏电问题。GeOI晶圆的埋绝缘层通常是SiO2,其热导率仅为硅的百分之一,阻碍了GeOI在高温、大功率方面的应用;SiO2介电常数仅为3.9,易导致信号传输丢失,也阻碍了GeOI在高密度、高功率集成电路中的应用。SiN埋绝缘层上Ge用SiN取代SiO2,具有更好的绝缘性和散热性,可被广泛应用于制造高温、大功耗、高功率集成电路。应变技术可较大提升Ge的载流子迁移率,埋沟应变Ge的空穴迁移率可提高6-8倍。应变Ge将是16纳米及以下工艺的最佳沟道材料。结合了应变技术和GeOI优点的应变GeOI为研发新型的超高速、低功耗、抗辐射、高集成度器件和芯片提供了一种新的解决方案,在光电集成、系统级芯片等方面有着重要的应用前景。传统的应变GeOI是在绝缘层上硅SOI晶圆上直接生长应变Ge,或先在SOI晶圆 ...
【技术保护点】
基于非晶化与尺度效应的SiN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge的制作方法,包括如下步骤:1)选取SiN埋绝缘层上Ge晶圆进行清洗,该SiN埋绝缘层上Ge晶圆包括顶层Ge层、SiN埋绝缘层和Si衬底;2)在顶层Ge层上通过等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺淀积厚度为12nm~18nm的SiO2层,以消除后续离子注入工艺的沟道效应;3)对顶层Ge层进行离子注入,使顶层Ge层形成非晶化层;4)去除非晶化层上的SiO2层;5)在顶层Ge层上采用等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺淀积‑1GPa以上的压应力SiN应力膜或1GPa以上的张应力SiN薄膜;6)使用光刻和反应离子刻蚀RIE工艺方法将高压应力SiN应力膜刻蚀成宽度和间距均为0.11μm~0.16μm的SiN条状阵列,以消除SiN条宽度方向的应力,得到具有单轴张应力的SiN条状阵列或单轴压应力的SiN条状阵列;7)对带有SiN条状阵列的SiN埋绝缘层上Ge晶圆进行退火,进一步增强SiN条状阵列应力,并使非晶化层再结晶,同时使SiN埋绝缘层发生塑性形变,保证SiN条状阵列去除后顶层Ge层的应力不消失;8)采用湿法刻蚀去除掉SiN条状阵列,最 ...
【技术特征摘要】
1.基于非晶化与尺度效应的SiN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge的制作方法,包括如下步骤:1)选取SiN埋绝缘层上Ge晶圆进行清洗,该SiN埋绝缘层上Ge晶圆包括顶层Ge层、SiN埋绝缘层和Si衬底;2)在顶层Ge层上通过等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺淀积厚度为12nm~18nm的SiO2层,以消除后续离子注入工艺的沟道效应;3)对顶层Ge层进行离子注入,使顶层Ge层形成非晶化层;4)去除非晶化层上的SiO2层;5)在顶层Ge层上采用等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺淀积-1GPa以上的压应力SiN应力膜或1GPa以上的张应力SiN薄膜;6)使用光刻和反应离子刻蚀RIE工艺方法将高压应力SiN应力膜刻蚀成宽度和间距均为0.11μm~0.16μm的SiN条状阵列,以消除SiN条宽度方向的应力,得到具有单轴张应力的SiN条状阵列或单轴压应力的SiN条状阵列;7)对带有SiN条状阵列的SiN埋绝缘层上Ge晶圆进行退火,进一步增强SiN条状阵列应力,并使非晶化层再结晶,同时使SiN埋绝缘层发生塑性形变,保证SiN条状阵列去除后顶层Ge层的应力不消失;8)采用湿法刻蚀去除掉SiN条状阵列,最终得到SiN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge材料。2.根据权利要求1所述,其特征在于SiN埋绝缘层Ge晶圆,其大小包括3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸和16英寸的不同规格;顶层Ge层厚度为0.12μm~0.45μm。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤3)中对顶层Ge层进行离子注入的工艺条件是:注入离子:C或Si或Ge或它们的任意组合;注入剂量:3E15cm-2~1.6E16cm-2;注入能量:65keV~85keV。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤4)中在去除非晶化层上的SiO2层,是将带有SiO2层的SiN埋绝缘层Ge晶圆在BHF溶液中浸泡35s~60s,以去除非晶化层上的SiO2层。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤5)中在顶层Ge层上淀积1GPa以上张应力SiN薄膜的CVD工艺,采用等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺,其中淀积张应力SiN薄膜参数如下:反应室温度400℃;高频HF功率为1.1kW~1.5kW;低频LF功率为0.3k...
【专利技术属性】
技术研发人员:戴显英,祁林林,郝跃,底琳佳,苗东铭,梁彬,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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