本发明专利技术公开了一种基于机械弯曲台的单轴应变GeOI晶圆的制作方法，包括以下步骤：1)GeOI晶圆顶层Ge层面向上或向下放置在弧形弯曲台上；2)两根圆柱形不锈钢压杆分别水平放置在GeOI晶圆两端，距GeOI晶圆边缘1cm；3)缓慢旋动连接压杆的螺帽，使GeOI晶圆沿弧形台面逐渐弯曲，直至GeOI晶圆完全与弧形台面贴合；4)载有GeOI晶圆的弧形弯曲台放置在退火炉中进行退火；5)退火结束后缓慢降温至室温，取出载有GeOI晶圆片的弧形弯曲台；6)旋动连接压杆的螺帽，将压杆缓慢提升，直至弯曲的GeOI晶圆回复原状。本发明专利技术具有如下优点：1)原料易得；2)制作成本低；3)制作工艺简单；4)工艺温度范围广；5)成品率高；6)表面粗糙度小；7)应变效果好；8)热性能好。
【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。具体的说是一种制造单轴应变GeOI (Germanium On hsulater，埋绝缘层上锗)晶圆的新方法，能显著增强 GeOI晶圆片的电子迁移率与空穴迁移率，提高GeOI器件与集成电路的电学性能和光学性能。
技术介绍
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。与应变Si相似，应变Ge的载流子迁移率也有较大的提升，埋沟应变Ge 的空穴迁移率可提高6-8倍。因此，Ge及应变Ge将是16纳米及以下工艺Si基CMOS器件与集成电路的最佳沟道材料。Ge还是极优异的光电材料，在探测器(可见光到近红外)、调制器、光波导、光发射器、太阳电池等有着极为广泛的应用。由于禁带宽度只有0. 67eV，Ge器件与电路的最大弱点是衬底的漏电较大。而GeOI 正是为解决衬底泄漏电流而开发的，目前已广泛应用于半导体器件与集成电路的制造。结合了应变Ge和GeOI优点的应变GeOI为研发新型的超高速、低功耗、抗辐射、高集成度硅基器件和芯片提供一种新的解决方案，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是基于SOI晶圆的双轴压应变，即在SOI (SilicOn On Insulater,绝缘层上硅)晶圆上直接生长应变Ge，或先在SOI晶圆上生长Ge组分渐变的 SiGe层作虚衬底，再在该SiGe层上外延生长所需的应变Ge层。传统应变GeOI的主要缺点是位错密度高、只能是双轴压应变、迁移率提升不高、SiGe虚衬底增加了热开销和制作成本、SiGe虚衬底严重影响了器件与电路的散热、应变Ge层临界厚度受Ge组分限制、高场下的空穴迁移率提升会退化等。C. Himcinschi于2007年提出了单轴应变SOI晶圆的制作技术，参见 C. Himcinschi. , I. Radu, F. Muster, R. Si02gh, Μ. Reiche, Μ. Petzold, U. Go “ sele, S. H. Christiansen, Uniaxially strained silicon by wafer bonding and layer transfer, Solid-State electronics,51 (2007) 226-230 ； C. Himcinschi, M. Reiche, R.Scholz,S. H. Christiansen,and U. Gosele,Compressive uniaxially strained silicon on insulator by prestrained wafer bonding and layer transferAPPLIeD, PHYSICS LeTTeRS 90,231909(2007)。该技术的工艺原理与步骤如图1和图2所示，其单轴张应变 GeOI的制作工艺步骤描述如下1.先将4英寸Si片1热氧化，再将该氧化片1注入H+(氢离子)。2.将注H+的氧化片1放在弧形弯曲台上，通过外压杆将其弯曲，与弧形台面紧密贴合；随后将3英寸Si片2沿相同弯曲方向放置在弯曲的4英寸注H+氧化片1上，通过内压杆将其弯曲，与注H+氧化片1紧密贴合；3.将弯曲台放置在退火炉中，在200°C下退火15小时。4.从弯曲台上取下弯曲的并已键合的两个Si晶圆片，重新放入退火炉中，在 500°C下退火1小时，完成智能剥离，并最终形成单轴应变GeOI晶圆。该技术的主要缺点是1)工艺步骤复杂该方法必须经历热氧化、H+离子注入、剥离退火等必不可少的主要工艺及其相关步骤。2)弯曲温度受限由于是在智能剥离前进行键合与弯曲退火，受注H+剥离温度的限制，其弯曲退火温度不能高于300°C，否则将在弯曲退火过程中发生剥离，使Si片破碎。3)制作周期长额外的热氧化、H+离子注入、剥离退火等工艺步骤增加了其制作的时间。4)成品率低该方法是用两片重叠的硅晶圆片进行机械弯曲与键合，且又在弯曲状态下进行高温剥离，硅晶圆片很容易破碎。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种机械致单轴应变GeOI晶圆的制作方法，以降低应变GeOI晶圆的制作成本、提高应变GeOI器件与集成电路的散热性能、绝缘性能和集成度，满足微电子
、特别是超高速、低功耗、抗辐照及大功率器件与集成电路对应变GeOI晶圆的需求。采用如下技术方案一种机械致单轴应变GeOI晶圆的制作方法，包括以下步骤1) GeOI晶圆顶层Ge 层面向上或向下放置在弧形弯曲台上；幻两根圆柱形不锈钢压杆分别水平放置在GeOI晶圆两端，距GeOI晶圆边缘IcrnJ)缓慢旋动连接压杆的螺帽，使GeOI晶圆沿弧形台面逐渐弯曲，直至GeOI晶圆完全与弧形台面贴合；4)载有GeOI晶圆的弧形弯曲台放置在退火炉中进行退火，退火温度在200°C至900°C范围内可任意选择。例如，可在200°C下退火10小时，也可在600°C下退火5小时；5)退火结束后缓慢降温至室温，取出载有GeOI晶圆片的弧形弯曲台；6)旋动连接压杆的螺帽，将压杆缓慢提升，直至弯曲的GeOI晶圆回复原状。载有GeOI晶圆的弯曲台在退火炉中进行退火的温度最低为200°C，以保证GeOI晶圆中的SW2 埋绝缘层在此过程中的形变能够超过其屈服强度，发生塑性形变；最高退火温度为900°C， 接近Ge的熔点。但最高退火温度不得高于机械弯曲台的形变温度所述的的制作方法，所述的弧形弯曲台的曲率半径可从1. ail到0. 35m连续变化， 其对应制作不同应变量的单轴应变GeOI晶圆。所述的的制作方法，所述步骤4)的退火工艺为在200°C下退火10小时；或者在 400°C下退火5小时；或者在900°C下退火2. 2小时。所述的的制作方法，所述GeOI晶圆为3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸的GeOI晶圆。本专利技术的技术原理成品的GeOI片顶层Ge层面向上放置在圆弧形台面上进行机械弯曲，然后热退火。 根据材料弹塑性力学原理，受长时间弯曲形变热处理的作用，处于GeOI晶圆中性面上部的 Si02层和顶层Ge层将沿弯曲方向发生单轴拉伸形变，其晶格常数将变大，即发生所谓的单轴张应变。同时，在GeOI晶圆内部储存了一定的弹性势能。当退火结束去除机械外力后， 在此弹性势能作用下，GeOI晶圆会发生回弹，即由弯曲状态回复到原态，如图3所示。但复原的GeOI晶圆中顶层Ge层却保留了一定量的张应变。这是因为在弯曲热退火处理时，设定了合适的退火温度与时间，保证所施加的机械外力能超过SW2的屈服强度但小于Si衬底的屈服强度，使S^2发生塑性形变，而Si衬底始终是弹性形变。塑性形变的SiO2埋绝缘层在(ieOI晶圆回弹复原时不可能完全回弹，仍保持一定量的张应变。而顶层Ge层受塑性形变S^2埋绝缘层的拉持作用，也不能完全回弹，最终形成单轴张应变GeOI 晶圆。同理，若将GeOI晶圆顶层Ge层面向下放置在圆弧形台面上进行机械弯曲与热退火，由于顶层SiGe层处于GeOI晶圆中性面的下部，在弯曲退火时其晶格将被压缩，晶格常数变小，最终可得到单轴压应变GeOI晶圆。相对于现有单轴应变GeOI技术，本专利技术具有以下优点1)原料易本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王琳，戴显英，张鹤鸣，董洁琼，文耀民，查冬，宁静，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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