本发明专利技术公开了一种基于AlN埋绝缘层的单轴应变SGOI晶圆的制作方法，包括以下步骤：1)SGOI晶圆顶层SiGe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SGOI晶圆两端，距SGOI晶圆边缘1cm；3)缓慢旋动连接压杆的螺帽，使SGOI晶圆沿弧形台面逐渐弯曲，直至SGOI晶圆完全与弧形台面贴合；4)载有SGOI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SGOI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SGOI晶圆回复原状。本发明专利技术具有如下优点：1)制作成本低；2)制作设备及工艺简单；3)应变效果高；4)绝缘性和热性能优良；5)成品率高；6)退火温度范围大。
【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。具体的说是一种基于AlN(氮化铝)埋绝缘层的单轴应变SGOI (Silicon Germanium On hsulater，绝缘层上锗硅)晶圆制作的新方法，可用于制作超高速、低功耗、抗辐照半导体器件与集成电路所需的SGOI晶圆，能显著增强SGOI晶圆片的电子迁移率与空穴迁移率，提高SGOI器件与电路的电学性能。
技术介绍
应变SiGe (锗硅)以其器件与电路的工作频率高、功耗小、比GaAs价廉、与Si CMOS工艺兼容、成本低等诸多优点，在微波器件、移动通信、高频电路等产业领域有着广泛的应用前景和竞争优势。SiGe还是极优异的光电材料，在探测器、调制器、光波导、光发射器、太阳电池、光电集成等方面有着广泛的应用。与体Si相比，SOI (Silicon On hsulater，绝缘层上硅)器件与电路具有功耗低、 抗干扰能力强、集成密度高、速度高、寄生电容小、工艺简单、抗辐照能力强、并可彻底消除体硅CMOS的闩锁效应等优点，在高速、低功耗、抗辐照等器件与电路领域被广泛应用，是21 世纪Si集成电路技术的发展方向。SSGOI (Strained Silicon Germanium On hsulater，绝缘层上应变锗硅)结合了应变SiGe和SOI的优点，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、系统级芯片等方面也有着重要的应用前景。SGOI晶圆的埋绝缘层通常是SiO2(二氧化硅)，其热导率仅为硅的百分之一，阻碍了 SGOI在高温、大功率方面的应用；其介电常数仅为3. 9，易导致信号传输丢失，也阻碍了 SGOI在高密度、高功率集成电路中的应用。而AlN具有热导率高(是S^2的200倍)、电阻率大(320W/m ·Κ)、击穿场强高、化学和热稳定性能好、热膨胀系数与Si相近等优异性能，是一种更加优异的介电和绝缘材料。用AlN取代S^2的SGOI具有更好的绝缘性和散热性， 已广泛应用在高温、大功耗、高功率集成电路中。传统的应变SGOI是基于SOI晶圆的双轴压应变，即在SOI晶圆上直接生长应变 SiGe,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SiGe层。传统应变SGOI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SiGe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. AlNgh, Μ. Reiche, Μ. Petzold, U. Go “ sele, S. H. Christiansen, UniaxialIy 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 siliconon 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 SOI的制作工艺步骤描述如下1.将4英寸Si晶圆片1热氧化，再将该氧化片注入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SOI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，提出一种基于AlN埋绝缘层的单轴应变SGOI晶圆的制作方法，以提高应变SGOI的迁移率，降低应变SGOI晶圆的制作成本，提高应变SGOI器件与集成电路的散热性能、绝缘性能和集成度，满足微电子和光电子
、特别是超高速、低功耗、抗辐照、光电集成等器件与集成电路对应变SGOI晶圆的需求。 采用如下技术方案一种基于AlN埋绝缘层的单轴应变SGOI晶圆的制作方法，包括以下步骤1)SG0I 晶圆顶层SiGe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SGOI晶圆两端，距SGOI晶圆边缘Icm ;3)缓慢旋动连接压杆的螺帽，使SGOI晶圆沿弧形台面逐渐弯曲，直至SGOI晶圆完全与弧形台而贴合；4)载有SGOI晶圆的弧形弯曲台放置在退火炉中进行退火，退火温度在300°C至1250°C范围内可任意选择。例如，可在 300°C下退火10小时，也可在800°C下退火3. 5小时；5)退火结束后缓慢降温至室温，取出载有SGOI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 SGOI晶圆回复原状。载有SGOI晶圆的弯曲台在退火炉中进行退火的温度最低为300°C，以保证SGOI晶圆中的AlN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； 根据SiGe层中Ge组分的不同，最高退火温度上限为1250°C，接近Si的熔点；最高退火温度下限为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SGOI晶圆。所述的的制作方法，所述步骤4)的退火工艺为在300°C下退火10小时；或者在 800°C下退火3. 5小时；或者在1250°C下退火2. 2小时。所述的的制作方法，所述SGOI晶圆为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸的SGOI晶圆。本专利技术的技术原理成品的SGOI片顶层SiGe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SGOI晶圆中性面上部的 AlN层和顶层SiGe层将沿弯曲方向发生单轴拉伸形变，其晶格常数将变大本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郝跃，付毅初，戴显英，刘光宇，曹婷婷，张金榜，苑志刚，张鹤鸣，
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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