基于非晶化與尺度效應的SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于非晶化與尺度效應的SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge的制作方法。其實現(xiàn)步驟是：在清洗后的SiN埋絕緣層上Ge晶圓頂層Ge層上淀積SiO2層；對頂層Ge層進行離子注入形成非晶化層，并去除非晶化層上的SiO2層；在頂層Ge層上淀積張應力SiN薄膜或壓應力SiN薄膜后將SiN薄膜刻蝕成單軸張應力SiN條狀陣列或單軸壓應力SiN條狀陣列，并對該晶圓進行退火，使非晶化層重結(jié)晶，使SiN埋絕緣層發(fā)生塑性形變；刻蝕掉SiN條狀陣列，得到SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge。本發(fā)明應變量大，可用于制作SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge材料。
【專利說明】
基于非晶化與尺度效應的SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導體材料制作工藝技術(shù)，特別是一種SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge的制作方法，可用于制作超高速、高溫、大功耗、高功率集成電路、 光電集成電路所需的高性能GeOI晶圓?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的體Si材料的載流子迀移率很難滿足未來高性能半導體器件和電路的需求。
[0003]半導體Ge的電子與空穴迀移率分別是Si的2.8倍和4.2倍，其空穴迀移率是所有半導體中最高的。Ge還是優(yōu)異的光電材料，在可見光到近紅外探測器、調(diào)制器、光波導、光發(fā)射器、太陽電池等方面有著極為廣泛的應用。由于禁帶寬度只有〇.67eV，Ge器件與電路漏電較大。
[0004]GeOI，即絕緣層上鍺，是具有“Ge/埋絕緣層/Si”三層結(jié)構(gòu)的新型Si基半導體襯底材料。其中埋絕緣層阻礙了電流泄漏，解決了 Ge材料的襯底漏電問題。GeOI晶圓的埋絕緣層通常是Si02,其熱導率僅為硅的百分之一，阻礙了GeOI在高溫、大功率方面的應用；Si02介電常數(shù)僅為3.9,易導致信號傳輸丟失，也阻礙了GeOI在高密度、高功率集成電路中的應用。 SiN埋絕緣層上Ge用SiN取代Si02,具有更好的絕緣性和散熱性，可被廣泛應用于制造高溫、 大功耗、高功率集成電路。
[0005]應變技術(shù)可較大提升Ge的載流子迀移率，埋溝應變Ge的空穴迀移率可提高6-8倍。 應變Ge將是16納米及以下工藝的最佳溝道材料。結(jié)合了應變技術(shù)和GeOI優(yōu)點的應變GeOI為研發(fā)新型的超高速、低功耗、抗輻射、高集成度器件和芯片提供了一種新的解決方案，在光電集成、系統(tǒng)級芯片等方面有著重要的應用前景。
[0006]傳統(tǒng)的應變GeOI是在絕緣層上硅S0I晶圓上直接生長應變Ge，或先在S0I晶圓上生長Ge組分漸變的SiGe層作虛襯底，再在該SiGe層上外延生長所需的應變Ge層，其主要缺點是位錯密度高、只能是雙軸應變、迀移率提升不高、SiGe虛襯底增加了熱開銷和制作成本、 SiGe虛襯底嚴重影響了器件與電路的散熱、應變Ge層臨界厚度受Ge組分限制、高場下的空穴遷移率提升會退化等。
[0007]2011年西安電子科技大學獲得的一種采用機械彎曲并在彎曲狀態(tài)下退火制作SiN 埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge材料的新方法專利(CN201110361530)，用以制作SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge材料，其主要工藝如圖1所示，步驟如下:
[0008]1.SiN埋絕緣層上Ge晶圓頂層Ge層面向上或向下放置在弧形彎曲臺上；
[0009]2.兩根圓柱形不銹鋼壓桿分別水平放置在SiN埋絕緣層上Ge晶圓兩端，距SiN埋絕緣層上Ge晶圓邊緣lcm;
[0010]3.緩慢旋動連接壓桿的螺帽，使SiN埋絕緣層上Ge晶圓沿弧形臺面逐漸彎曲，直至 SiN埋絕緣層上Ge晶圓完全與弧形臺面貼合；
[0011]4.載有SiN埋絕緣層上Ge晶圓的弧形彎曲臺放置在退火爐中進行退火，退火溫度在200 °C至900 °C范圍內(nèi)可任意選擇。
[0012]5.退火結(jié)束后緩慢降溫至室溫，取出載有SiN埋絕緣層上Ge晶圓的弧形彎曲臺；
[0013]6.旋動連接壓桿的螺帽，將壓桿緩慢提升，直至彎曲的SiN埋絕緣層上Ge晶圓恢復原狀。
[0014]該方法存在以下幾個缺點:1)與傳統(tǒng)集成電路工藝兼容性差:為了獲得不同應變量的SiN埋絕緣層上Ge晶圓，其需要額外制作對應的不同曲率半徑的彎曲臺，且所制作的彎曲臺需要兼容現(xiàn)有退火設(shè)備。2)可靠性較差:該工藝方法需使用壓桿施加機械外力使SiN埋絕緣層上Ge晶圓彎曲，會在頂層鍺中引入缺陷;若SiN埋絕緣層上Ge晶圓彎曲度過大，會造成晶圓碎裂。3)由于擔心SiN埋絕緣層上Ge晶圓碎裂，所以機械彎曲的彎曲度不能過大，這就限制了在頂層鍺中引入的應變量的大小，所能實現(xiàn)的應變量較小。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于非晶化與尺度效應的 SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge的制作方法，以降低SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge的制作成本，增加應變量，提高大功率、高功耗、高集成度電路的電學性能和光學性能。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0017]— ?技術(shù)原理:[〇〇18] 通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝，在SiN埋絕緣層上Ge晶圓上淀積具有雙軸張應力或雙軸壓應力的SiN薄膜。當雙軸應力SiN薄膜被刻蝕成寬度為亞微米級的長條時，由于“尺度效應”的影響，SiN條寬度方向的應力會釋放掉，而SiN條長度方向為宏觀尺度的應力得到保留，可得到具有單軸張應力或單軸壓應力的SiN條狀陣列，其沿著條長方向?qū)攲覩e層中的非晶化層施加單軸張應力或單軸壓應力。在400 °C?500°C退火，可使非晶化層重結(jié)晶，由于頂層Ge層的非晶化層在退火過程中始終受到SiN條狀陣列施加的單軸張應力或單軸壓應力，因而在退火過程中由應力引起的單軸應變被保留到頂層Ge層中，最終在退火后得到晶圓級單軸張應變或單軸壓應變的頂層Ge層。同時，退火使SiN埋絕緣層發(fā)生塑性形變，在退火后SiN埋絕緣層對頂層Ge層具有拉持作用，以保障去除高應力SiN薄膜后單軸應變的頂層SiGe層中的應力不消失，最終可得到SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge材料。
[0019] 二.實現(xiàn)步驟[〇〇2〇]根據(jù)上述原理，本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下:
[0021]1)選取SiN埋絕緣層上Ge晶圓進行清洗，該SiN埋絕緣層上Ge晶圓包括頂層Ge層、SiN埋絕緣層和Si襯底；[〇〇22]2)在頂層Ge層上通過等離子體增強化學氣相淀積TOCVD工藝淀積厚度為12nm?18nm的Si02層，以消除后續(xù)離子注入工藝的溝道效應；
[0023]3)對頂層Ge層進行離子注入，使頂層Ge層形成非晶化層；[〇〇24]4)去除非晶化層上的Si02層；[〇〇25]5)在頂層Ge層上采用等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積-lGPa以上的壓應力SiN薄膜或lGPa以上的張應力SiN薄膜；[〇〇26]6)使用光刻和反應離子刻蝕RIE工藝方法將張應力SiN薄膜或壓應力SiN薄膜刻蝕成寬度和間距均為0.11M?0.16m的SiN條狀陣列，以消除SiN條寬度方向的應力，得到具有單軸張應力的SiN條狀陣列或單軸壓應力的SiN條狀陣列；
[0027] 7)對帶有SiN條狀陣列的SiN埋絕緣層上Ge晶圓進行退火，進一步增強SiN條狀陣列應力，并使非晶化層再結(jié)晶，同時使SiN埋絕緣層發(fā)生塑性形變，保證SiN條狀陣列去除后頂層Ge層的應力不消失；
[0028] 8)采用濕法刻蝕去除掉SiN條狀陣列，最終得到SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge 材料。
[0029]本發(fā)明與現(xiàn)有的SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge制造技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:[0030 ] 1.本發(fā)明與現(xiàn)有的半導體制造工藝兼容，無需定制其他儀器，成本低。
[0031] 2.本發(fā)明使用單軸張應力SiN條狀陣列或單軸壓應力SiN條狀陣列引入應變，避免了機械致SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge方法中對SiN埋絕緣層上Ge晶圓彎曲退火后SiN 埋絕緣層上Ge晶圓平整度較低的問題。[〇〇32] 3.本發(fā)明采用單軸張應力SiN條狀陣列或單軸壓應力SiN條狀陣列引入單軸應變， 且SiN埋絕緣層退火后發(fā)生塑性形變對頂層Ge層具有拉持作用，增大了頂層Ge層應變量，使得載流子迀移率有了明顯的提升?！靖綀D說明】
[0033]圖1為現(xiàn)有SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge的工藝流程圖；
[0034]圖2為本發(fā)明SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge的工藝流程圖；[〇〇35]圖3為本發(fā)明中淀積在頂層Ge層上的SiN條狀陣列的俯視圖?！揪唧w實施方式】
[0036] SiN埋絕緣層上Ge晶圓，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英寸的不同規(guī)格，且頂層Ge層厚度為0.12wii?0.45wii。
[0037]參照圖2,本發(fā)明給出基于非晶化與尺度效應的SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge 的制作方法的三個實施例，即制作3英寸SiN埋絕緣層上晶圓級單軸張應變Ge材料;制作4英寸SiN埋絕緣層上晶圓級單軸張應變Ge材料;制作8英寸SiN埋絕緣層上晶圓級單軸壓應變 Ge材料。上述SiN埋絕緣層上Ge晶圓均具有三層結(jié)構(gòu)，即頂層Ge層l，SiN埋絕緣層2，Si襯底 3,如圖2(a)所示。其中:[〇〇38] 3英寸SiN埋絕緣層上Ge晶圓，頂層Ge層1的厚度為0.12wii，SiN埋絕緣層2的厚度為 0.5wn，Si襯底3的厚度為525wii。[〇〇39] 4英寸SiN埋絕緣層上Ge晶圓，頂層Ge層1的厚度為0.22wii，SiN埋絕緣層2的厚度為 0.5wn，Si襯底3的厚度為675wii。[〇〇4〇] 8英寸SiN埋絕緣層上Ge晶圓，頂層Ge層1的厚度為0.38wii，SiN埋絕緣層2的厚度為 0.5wn，Si襯底3的厚度為725wii。[0041 ]實施例1，制作3英寸SiN埋絕緣層上晶圓級單軸張應變Ge材料。
[0042]步驟1:選用3英寸SiN埋絕緣層上Ge晶圓，并對其進行清洗。
[0043] (la)用丙酮和異丙醇對所選SiN埋絕緣層上Ge晶圓交替進行超聲波清洗，以去除襯底表面有機物污染；
[0044] (1 b)將氨水、雙氧水、去離子水按照1:1:3的比例配置成混合溶液，并加熱至120°C，將SiN埋絕緣層上Ge晶圓置于此混合溶液中浸泡12min，取出后用大量去離子水沖洗，以去除SiN埋絕緣層上Ge晶圓表面無機污染物；[〇〇45](lc)將SiN埋絕緣層上Ge晶圓用HF酸緩沖液浸泡2min，去除表面的氧化層。[〇〇46] 步驟2:淀積Si02層4，如圖2 (b)所示。
[0047]將清洗后的SiN埋絕緣層上Ge晶圓取出，在其頂層Ge層1上利用等離子體增強化學淀積PECVD工藝淀積厚度為12nm的Si02層4，淀積的工藝條件如下:
[0048] SiH4 流量為 45sccm;
[0049]N2O 流量為 164sccm;
[0050]N2 流量為 800sccm;
[0051]氣壓為600mTorr;
[0052]功率為 60W;[〇〇53] 淀積溫度為為30(TC;
[0054]淀積厚度為12nm〇
[0055]步驟3:形成非晶化層5,如圖2(c)所示。
[0056]通過離子注入機對頂層Ge層1進行離子注入，以在頂層Ge層1內(nèi)部形成非晶化層5; 注入的工藝條件如下:[〇〇57] 注入離子為Si，注入劑量為3E15cm—2,注入能量為65keV。[〇〇58] 步驟4:去除S i 02層4，如圖2 (d)所示。[〇〇59] 在室溫下，將帶有Si02層4的SiN埋絕緣層上Ge晶圓在BHF溶液中浸泡35s，去除非晶化層5上的Si02層4。
[0060]步驟5:在非晶化層上淀積壓應力SiN薄膜6,如圖2(e)所示。
[0061]采用等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝，在非晶化層5上淀積應力大小為_ 2 ? OGPa，厚度為0 ? 4mi的SiN應力膜6，淀積工藝條件如下:[〇〇62] 高頻HF功率為0.17kW，低頻LF功率為0.83kW，高純SiH4流量為0.44slm，高純NH3流量為1.8s lm，高純氮氣流量為1.9s lm，反應室壓強為2.6Torr，反應室溫度為400 °C。[〇〇63]步驟6:將壓應力SiN薄膜6刻蝕成SiN條狀陣列7,如圖2(f)所示。[〇〇64](6a)利用半導體光刻工藝在壓應力SiN薄膜6上涂正光刻膠，將光刻膠烘干，利用具有條形寬度和間隔均為〇.llym的光刻板進行曝光，曝光的區(qū)域為寬度和間隔均為0.11M1 的條狀陣列，再用顯影液去除掉曝光區(qū)域易溶于顯影液的正光刻膠，在壓應力SiN薄膜6上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列；[〇〇65](6b)采用反應離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在SiN埋絕緣層上Ge晶圓頂層Ge層1上的無光刻膠掩蔽膜保護的壓應力SiN薄膜6,留下條狀光刻膠掩蔽膜下的壓應力SiN薄膜6， 得到寬度和間距均為0.llMi的SiN條狀陣列7,以消除SiN條寬度方向的應力，保留SiN條長度方向的應力，得到單軸應力SiN條狀陣列7,如圖2(f)所示；
[0066](6c)去除條狀光刻膠掩蔽膜，僅留下SiN條狀陣列7,該帶有SiN條狀陣列的SiN埋絕緣層上Ge晶圓俯視圖如圖3所示。
[0067] 步驟7:對帶有SiN條狀陣列7的SiN埋絕緣層上Ge晶圓進行退火，如圖2(g)所示。 [〇〇68] 在退火爐中，先按照4°C/min的升溫速率將溫度由室溫提升至400°C后，將帶有SiN 條狀陣列7的SiN埋絕緣層上Ge晶圓在惰性氣體Ne下退火5.5h;
[0069]再按照4°C/min的降溫速率將退火爐溫度降至室溫，退火后SiN埋絕緣層上Ge晶圓頂層Ge層1變?yōu)閱屋S應變頂層Ge層8;
[0070]在退火過程中SiN條狀陣列應力進一步增強，使非晶化層5重結(jié)晶，同時使SiN埋絕緣層2發(fā)生塑性形變，變成塑性形變SiN埋絕緣層9,以保證SiN條狀陣列去除后其上的應變頂層Ge層8的應力不消失。
[0071]步驟8:去除SiN埋絕緣層上Ge晶圓上的SiN條狀陣列，如圖2(h)所示。[〇〇72]配置158°C，體積分數(shù)為86%的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列7的SiN埋絕緣層上Ge在熱磷酸溶液中浸泡7min，去除掉SiN條狀陣列7,得到3英寸SiN埋絕緣層上晶圓級單軸張應變Ge材料。
[0073]實施例2,制作4英寸SiN埋絕緣層上晶圓級單軸張應變Ge材料。
[0074]步驟一:選用4英寸SiN埋絕緣層上Ge，并對其進行清洗。
[0075]本步驟的實現(xiàn)與實施例1的步驟1相同。
[0076]步驟二:將清洗后的SiN埋絕緣層上Ge取出，在其頂層Ge層1上通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積Si02層，即在SiH4流量為45sccm，M)流量為164sccm，N2流量為 800sccm，氣壓為600mTorr，功率為60W，淀積溫度為300°C的工藝條件下，淀積厚度為14nm的 Si02層4,如圖2(b)所示。[〇〇77]步驟三:通過離子注入機對頂層Ge層1內(nèi)注入劑量為6E15cnf2,能量為75keV，的C離子，以在頂層Ge層1內(nèi)部形成非晶化層5，如圖2 (c)所示。[〇〇78]步驟四:將帶有Si02層4的SiN埋絕緣層上Ge在BHF溶液中浸泡50s，去除非晶化層5上的Si02層4,如圖2(d)所示。[〇〇79]步驟五:采用等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝，在非晶化層5上淀積應力大小為-2.1GPa，厚度為0.5mi的壓應力SiN薄膜6,如圖2(e)所示。
[0080]本步驟的淀積工藝條件如下:[0081 ]高頻HF功率為0.25kW，低頻LF功率為0.75kW，高純SiH4流量為0.34slm，高純NH3流量為2.2s lm，高純氮氣流量為2.2s lm，反應室壓強為3.3Torr，反應室溫度為400 °C。[〇〇82]步驟六:利用半導體光刻和刻蝕技術(shù)，將壓應力SiN薄膜6刻蝕成條狀陣列，以消除 SiN條寬度方向的應力，保留SiN條長度方向的應力，得到單軸應力SiN條狀陣列7。[〇〇83](6.1)在壓應力SiN薄膜6上涂正光刻膠，將光刻膠烘干，利用具有條形寬度和間隔均為0.14wii的光刻板進行曝光，曝光的區(qū)域為寬度和間隔均為0.14wii的條狀陣列，用顯影液去除掉曝光區(qū)域易溶于顯影液的正光刻膠，在壓應力SiN薄膜6上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列；[〇〇84](6.2)采用反應離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在SiN埋絕緣層上Ge頂層Ge層1上的無光刻膠掩蔽膜保護的壓應力SiN薄膜6,留下條狀光刻膠掩蔽膜下的壓應力SiN薄膜6,得至IJ寬度和間距均為0.llMi的單軸壓應力SiN條狀陣列7,如圖2(f)所示；
[0085](6.3)去除條狀光刻膠掩蔽膜，僅留下SiN條狀陣列7,該帶有SiN條狀陣列的SiN埋絕緣層上Ge俯視圖如圖3所示。[〇〇86]步驟七:在退火爐中，先按照4°C/min的升溫速率將溫度由室溫提升至450°C后，將帶有SiN條狀陣列7的SiN埋絕緣層上Ge晶圓在惰性氣體He下退火5h，以進一步增強SiN條狀陣列應力，并使非晶化層再結(jié)晶，同時使SiN埋絕緣層2發(fā)生塑性形變，變成塑性形變SiN埋絕緣層9,以保證SiN條狀陣列去除后頂層Ge層的應力不消失;再按照4°C/min的降溫速率將退火爐溫度降至室溫。退火后頂層Ge層1變?yōu)閱屋S應變頂層Ge層8。如圖2(g)所示。
[0087]步驟八:配置159°C，體積分數(shù)為87 %的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列7的SiN埋絕緣層上Ge晶圓在熱磷酸溶液中浸泡8min，去除掉SiN條狀陣列7,得到4英寸SiN埋絕緣層上晶圓級單軸張應變Ge材料，如圖2 (h)所示。
[0088]實施例3,制作8英寸SiN埋絕緣層上晶圓級單軸壓應變Ge材料。
[0089]步驟A:選用8英寸SiN埋絕緣層上Ge晶圓，并對其進行清洗。
[0090]本步驟的實現(xiàn)與實施例1的步驟1相同。[〇〇91]步驟B:淀積Si02層4，如圖2 (b)所示。
[0092]將清洗后的SiN埋絕緣層上Ge晶圓取出，在其頂層Ge層1上通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積厚度為18nm的Si02層4，如圖2 (b)所示。[〇〇93]淀積的工藝如下:SiH4流量為45sccm，N20流量為164sccm，N2流量為800sccm，氣壓為600mTorr，功率為60W，淀積溫度為300 °C。
[0094]步驟C:形成非晶化層5,如圖2(c)所示。[0〇95]形成Si〇2層4后，通過離子注入機對頂層Ge層1進行劑量為1.4￡16〇1^2，能量為 85keV的Ge離子注入，以在頂層Ge層1內(nèi)部形成非晶化層5。[〇〇96]步驟D:去除S i 02層4，如圖2 (d)所示。[〇〇97]將帶有Si02層4的SiN埋絕緣層上Ge晶圓在BHF溶液中浸泡60s，去除非晶化層5上的Si02層4,以免在淀積SiN應力膜6后阻礙其應力傳遞給非晶化層5,如圖2(d)所示。[〇〇98]步驟E:在非晶化層上淀積張應力SiN薄膜6,如圖2(e)所示。[〇〇99]采用等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝，在非晶化層5上淀積應力大小為 2.0GPa，厚度為0.6mi的張應力SiN薄膜6，淀積工藝條件如下:[〇1〇〇]高頻HF功率為l.lkW，低頻LF功率為1.5kW，高純SiH4流量為0.24slm，高純NH3流量為2.5s lm，高純氮氣流量為1.6s lm，反應室壓強為3.5Torr，反應室溫度為400 °C。[〇1〇1]步驟F:將張應力SiN薄膜6刻蝕成SiN條狀陣列7,如圖2(f)所示。
[0102](F1)利用半導體光刻工藝在張應力SiN薄膜6上涂正光刻膠，將光刻膠烘干，利用具有條形寬度和間隔均為〇.16wii的光刻板進行曝光，曝光的區(qū)域為寬度和間隔均為0.1 6mi 的條狀陣列，用顯影液去除掉曝光區(qū)域易溶于顯影液的正光刻膠，在張應力SiN薄膜6上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣列；
[0103](F2)采用反應離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在SiN埋絕緣層上Ge晶圓頂層Ge層上的無光刻膠掩蔽膜區(qū)域，即曝光區(qū)域下的張應力SiN薄膜6,留下條狀光刻膠掩蔽膜下的張應力SiN薄膜6,得到寬度和間距均為0.16mi的單軸應力SiN條狀陣列7,以消除SiN條寬度方向的應力，保留SiN條長度方向的應力，如圖2(f)所示；
[0104](F3)去除條狀光刻膠掩蔽膜，僅留下SiN條狀陣列7,帶有SiN條狀陣列的SiN埋絕緣層上Ge晶圓俯視圖如圖3所示。
[0105]步驟G:對帶有SiN條狀陣列7的SiN埋絕緣層上Ge晶圓進行退火。
[0106]G1)按照4°C/min的升溫速率將退火爐溫度由室溫提升至400°C后，將帶有SiN條狀陣列7的SiN埋絕緣層上Ge晶圓在惰性氣體Ar下退火4.5h，進一步增強SiN條狀陣列應力，并使非晶化層再結(jié)晶，同時使SiN埋絕緣層2發(fā)生塑性形變，變成塑性形變SiN埋絕緣層9,保證SiN條狀陣列去除后頂層Ge層的應力不消失；
[0107] G2)按照4°C/min的降溫速率將退火爐溫度降至室溫，退火后頂層Ge層變?yōu)閱屋S應變頂層Ge層8。如圖2(g)所示。[〇1〇8]步驟H:去除S iN埋絕緣層上Ge晶圓上的S iN條狀陣列。
[0109]配置170 °C，體積分數(shù)為87%的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列的SiN埋絕緣層上 Ge晶圓在熱磷酸溶液中浸泡8min，去除掉SiN條狀陣列7,得到8英寸SiN埋絕緣層上晶圓級單軸壓應變Ge材料，如圖2(h)所示。
【主權(quán)項】
1.基于非晶化與尺度效應的SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge的制作方法，包括如下 步驟:1)選取SiN埋絕緣層上Ge晶圓進行清洗，該SiN埋絕緣層上Ge晶圓包括頂層Ge層、SiN埋 絕緣層和Si襯底；2)在頂層Ge層上通過等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積厚度為12nm?18nm的 Si02層，以消除后續(xù)離子注入工藝的溝道效應；3)對頂層Ge層進行離子注入，使頂層Ge層形成非晶化層；4)去除非晶化層上的Si02層；5)在頂層Ge層上采用等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝淀積-lGPa以上的壓應力 SiN應力膜或lGPa以上的張應力SiN薄膜；6)使用光刻和反應離子刻蝕RIE工藝方法將高壓應力SiN應力膜刻蝕成寬度和間距均 為0.1 lwii?0.16wii的SiN條狀陣列，以消除SiN條寬度方向的應力，得到具有單軸張應力的 SiN條狀陣列或單軸壓應力的SiN條狀陣列；7)對帶有SiN條狀陣列的SiN埋絕緣層上Ge晶圓進行退火，進一步增強SiN條狀陣列應 力，并使非晶化層再結(jié)晶，同時使SiN埋絕緣層發(fā)生塑性形變，保證SiN條狀陣列去除后頂層 Ge層的應力不消失；8)采用濕法刻蝕去除掉SiN條狀陣列，最終得到SiN埋絕緣層上晶圓級單軸應變Ge材 料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于SiN埋絕緣層Ge晶圓，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英寸的不同規(guī)格;頂層Ge層厚度為0.12mi?0.45mi。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟3)中對頂層Ge層進行離子注入的工藝 條件是:注入離子:C或Si或Ge或它們的任意組合；注入劑量:3E15cm—2?1 ? 6E16cm—2;注入能量:65keV?85keV。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中在去除非晶化層上的Si02層，是將 帶有Si02層的SiN埋絕緣層Ge晶圓在BHF溶液中浸泡35s?60s，以去除非晶化層上的Si02層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5)中在頂層Ge層上淀積lGPa以上張應 力SiN薄膜的CVD工藝，采用等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝，其中淀積張應力SiN薄 膜參數(shù)如下:反應室溫度400 °C;高頻HF功率為1.lkW?1.5kW;低頻LF功率為0.3kW?0.5kW;高純SiH4流量0 ? 3slm?0 ? 5slm，高純NH3流量1 ? 8slm?2 ? 5slm，高純氮氣流量0 ? 6slm? 1.5slm；反應室壓強為2.9Torr?3.6Torr;淀積厚度為〇.4ym?0.6ym。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5)中在頂層Ge層上淀積-lGPa以上壓 應力SiN薄膜的CVD工藝，采用等離子體增強化學氣相淀積PECVD工藝，其中淀積壓應力SiN薄膜參數(shù)如下:反應室溫度400 °C;高頻HF功率為0.17kW?0.37kW;低頻LF功率為0.63kW?0.83kW;高純SiH4流量0.24slm?0.44slm，高純NH3流量1.8slm?2.5slm，高純氮氣流量1.9slm ?2?3slm;反應室壓強為2.6Torr?3.5Torr;淀積厚度為〇.4ym?0.6ym。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟6)中使用光刻和反應離子刻蝕RIE工藝 方法將SiN薄膜刻蝕成條狀陣列，按如下步驟進行:(7a)在SiN薄膜上涂正光刻膠，將光刻膠烘干，利用具有條形寬度和間隔均為0.11wii? 0.16wii的光刻板進行曝光，曝光的區(qū)域為寬度和間隔均為0.llym?0.16wii的條狀陣列，用 顯影液去除掉曝光區(qū)域易溶于顯影液的正光刻膠，在SiN薄膜上形成條狀光刻膠掩蔽膜陣 列；(7b)采用反應離子刻蝕RIE工藝刻蝕掉淀積在SiN埋絕緣層上Ge晶圓頂層Ge層上的無 光刻膠掩蔽膜保護的SiN薄膜，留下條狀光刻膠掩蔽膜下的SiN薄膜，得到寬度和間距均為 0 ? 1 lMi?0 ? 16wii的單軸應力SiN條狀陣列；(7c)去除條狀光刻膠掩蔽膜，僅留下SiN條狀陣列。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟7)中對帶有SiN條狀陣列的SiN埋絕緣 層上Ge晶圓進行退火，其工藝條件如下:溫度:400°C ?500°C;時間:4.5h?5.5h;環(huán)境:He、Ne、Ar或它們的混合物。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于，步驟8)中采用濕法刻蝕去除掉SiN條狀陣列，是配 置150°C?200°C，體積分數(shù)為85 %?88%的熱磷酸溶液，將帶有SiN條狀陣列的SiN埋絕緣 層上Ge晶圓在熱磷酸溶液中浸泡7min?9min，去除掉SiN條狀陣列，得到SiN埋絕緣層上晶 圓級單軸應變Ge材料。
【文檔編號】H01L21/762GK105977198SQ201610446251
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】戴顯英, 祁林林, 郝躍, 底琳佳, 苗東銘, 梁彬, 焦帥
【申請人】西安電子科技大學