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

摘要

本发明公开了一种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，其实现步骤为：1.对绝缘层上硅SOI晶圆进行清洗，并进行He离子注入；2.在离子注入后的SOI晶圆顶层Si层上淀积‑1GPa以上的压应力SiN薄膜或1GPa以上的张应力SiN薄膜，并刻蚀SiN薄膜成条形阵列；3.对带有SiN薄膜阵列的SOI晶圆进行退火；4.腐蚀去除SOI晶圆表面上的SiN薄膜阵列，得到晶圆级单轴应变SOI材料。本发明利用SiO₂埋绝缘层在条形SiN薄膜阵列作用下的单轴拉伸或单轴压缩塑性形变在顶层Si层引入应变，与现有半导体工艺兼容，成本低，可用于制作超高速、低功耗、抗辐照半导体器件和集成电路。

主权项

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。