基于非晶化与尺度效应的AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于非晶化与尺度效应的AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge的制作方法。其实现步骤是：在清洗后的AlN埋绝缘层上Ge晶圆顶层Ge层上淀积SiO2层；对顶层Ge层进行离子注入形成非晶化层，并去除非晶化层上的SiO2层；在顶层Ge层上淀积张应力SiN薄膜或压应力SiN薄膜后将SiN薄膜刻蚀成单轴张应力SiN条状阵列或单轴压应力SiN条状阵列，并对该晶圆进行退火，使非晶化层重结晶，使AlN埋绝缘层发生塑性形变；刻蚀掉SiN条状阵列，得到AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge。本发明散热性好、应变量大，可用于制作AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge材料。
【专利说明】
基于非晶化与尺度效应的AIN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge的制作方法
技术领域
[0001]本发明属于微电子技术领域，涉及半导体材料制作工艺技术，特别是一种AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge的制作方法，可用于制作高温、大功耗、高功率半导体器件与集成电路所需的高性能GeOI晶圆。
【背景技术】
[0002]传统的体Si材料的载流子迀移率很难满足未来高性能半导体器件和电路的需求。
[0003]半导体Ge的电子与空穴迀移率分别是Si的2.8倍和4.2倍，其空穴迀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器件与电路的漏电较大。
[0004]GeOI，即绝缘层上锗，是一种具有“Ge/埋绝缘层/Si”三层结构的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材料的衬底漏电大的问题。GeOI晶圆的埋绝缘层通常是S12,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;S12介电常数仅为3.9，易导致信号传输丢失，也阻碍了 GeOI材料在高密度、高功率集成电路中的应用。AlN的热导率是S12的200倍、电阻率为320W/m.K、化学和热稳定性能好、热膨胀系数与Si相近，相较于S12是一种更加优异的介电和绝缘材料。AlN埋绝缘层上Ge材料的绝缘性和散热性好，已被广泛应用在高温、大功耗、高功率集成电路中。
[0005]应变技术可较大提升Ge的载流子迀移率，埋沟应变Ge的空穴迀移率可提高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。
[0006]传统的应变GeOI是基于SOI晶圆的双轴压应变GeOI，即在SOI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，其主要缺点是位错密度高、只能是双轴压应变、迀移率提升不高、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、高场下的空穴迀移率提升会退化等。
[0007]2011年西安电子科技大学获得的一种采用机械弯曲并在弯曲状态下退火制作AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge材料的新方法专利(CN201110361523)，用以制作AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge材料，其主要工艺如图1所示，步骤如下:
[0008]1.AlN埋绝缘层上Ge晶圆顶层Ge层面向上或向下放置在弧形弯曲台上；
[0009]2.两根圆柱形不锈钢压杆分别水平放置在AlN埋绝缘层上Ge晶圆两端，距AlN埋绝缘层上Ge晶圆边缘Icm;
[0010]3.缓慢旋动连接压杆的螺帽，使AlN埋绝缘层上Ge晶圆沿弧形台面逐渐弯曲，直至AlN埋绝缘层上Ge晶圆完全与弧形台面贴合；[0011 ] 4.载有AlN埋绝缘层上Ge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900 °C范围内可任意选择。
[0012]5.退火结束后缓慢降温至室温，取出载有AlN埋绝缘层上Ge晶圆的弧形弯曲台；
[0013]6.旋动连接压杆的螺帽，将压杆缓慢提升，直至弯曲的AlN埋绝缘层上Ge晶圆恢复原状。
[0014]该方法存在以下几个缺点:I)与传统集成电路工艺兼容性差:为了获得不同应变量的AlN埋绝缘层上Ge晶圆，其需要额外制作对应的不同曲率半径的弯曲台，且所制作的弯曲台需要兼容现有退火设备。2)可靠性较差:该工艺方法需使用压杆施加机械外力使AlN埋绝缘层上Ge晶圆弯曲，会在顶层锗中引入缺陷;若AlN埋绝缘层上Ge晶圆弯曲度过大，会造成晶圆碎裂。3)由于担心AlN埋绝缘层上Ge晶圆碎裂，所以机械弯曲的弯曲度不能过大，这就限制了在顶层锗中引入的应变量的大小，所能实现的应变量较小。
【发明内容】
[0015]本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种基于非晶化与尺度效应的AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge的制作方法，以降低晶圆级单轴应变GeOI制作成本，增加应变量，提高载流子迀移率，满足高温、大功耗、高功率集成电路的需求。
[0016]本发明的技术方案是这样实现的:
[0017]一.技术原理:
[0018]通过等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺淀积具有双轴张应力或双轴压应力的SiN薄膜。当SiN薄膜被刻蚀成宽度为亚微米级的长条时，由于“尺度效应”的影响，SiN条宽度方向的应力会释放掉，而SiN条长度方向为宏观尺度，应力得到保留，可得到具有单轴张应力或单轴压应力的SiN条状阵列，其沿着条长方向对顶层Ge层中的非晶化层施加单轴张应力或单轴压应力。在500°C?550°C退火，可使非晶化层重结晶，由于顶层Ge层的非晶化层在退火过程中始终受到SiN条状阵列施加的单轴应力，因而在退火过程中由应力引起的单轴应变被保留到顶层Ge层中，最终在退火后得到晶圆级单轴应变的顶层Ge层。同时，退火使AlN埋绝缘层发生塑性形变，该塑性形变的AlN埋绝缘层对顶层Ge层具有拉持作用，以保障去除高应力SiN薄膜后单轴应变的顶层Ge层中的应力不消失，最终得到了 AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge材料。
[0019]二.实现步骤
[0020]根据上述原理，本发明的实现步骤如下:
[0021]I)选取AlN埋绝缘层上Ge晶圆进行清洗，该AlN埋绝缘层上Ge晶圆包括顶层Ge层、AlN埋绝缘层和Si衬底；
[0022]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7nm?9nm的S12层，以消除后续离子注入工艺的沟道效应；
[0023]3)对顶层Ge层进行离子注入，以在顶层Ge层内部形成非晶化层；
[0024]4)去除非晶化层上的S12层；
[0025]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薄膜或IGPa以上的张应力SiN薄膜；
[0026]6)用光刻和反应离子刻蚀RIE工艺方法将张应力SiN薄膜或压应力SiN薄膜刻蚀成宽度和间距均为0.07μπι?0.09μπι的SiN条状阵列，以消除SiN条宽度方向的应力，得到单轴张应力SiN条状阵列或单轴压应力SiN条状阵列；
[0027]7)对带有SiN条状阵列的AlN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AlN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；
[0028]8)用湿法刻蚀去除掉SiN条状阵列，得到AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge材料。
[0029]本发明与现有的晶圆级单轴应变GeOI制造技术相比，具有如下优点:
[0030]1.散热性好:本发明采用AlN取代S12作为埋绝缘层，具有更好的绝缘性和散热性。
[0031]2.成本低:现有的机械致AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge需要额外制作对应不同曲率半径的弯曲台，且所制作的弯曲台需要兼容现有退火设备，成本高，本发明基于成熟的半导体制造工艺无需定制特殊设备，成本低。
[0032]3.单轴应变大小可控:本发明通过改变SiN淀积工艺调整SiN的应力，能控制最终得到的单轴应变的大小。
[0033]4.成品率高:本发明使用张应力SiN条状阵列或压应力SiN条状阵列引入晶圆级单轴应变，避免了机械弯曲致晶圆级单轴应变GeOI方法对GeOI晶圆进行弯曲引起的破损和缺陷问题，成品率高。
[0034]5.平整度高:本发明使用压应力SiN条状阵列或张应力SiN条状阵列引入晶圆级单轴应变，避免了机械致晶圆级单轴应变GeOI方法中对GeOI晶圆弯曲退火后AlN埋绝缘层上Ge晶圆平整度较低的问题。
[0035]6.应变量大:本发明采用张应力SiN条状阵列或压应力SiN条状阵列引入单轴应变，且AlN埋绝缘层退火后发生塑性形变对顶层Ge层具有拉持作用，增大了顶层Ge层应变量，使得载流子迀移率有了明显的提升。
【附图说明】
[0036]图1为现有单轴应变AlN埋绝缘层上Ge晶圆的工艺流程图；
[0037]图2为本发明AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge的工艺流程图；
[0038]图3为本发明中淀积在顶层Ge层上的SiN条状阵列的俯视图。
【具体实施方式】
[0039]AlN埋绝缘层上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，且顶层Ge层厚度为0.3μηι?0.5μηι。
[0040]参照图2，本发明给出基于非晶化与尺度效应的AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge的制作方法的三个实施例，即制作5英寸AlN埋绝缘层上晶圆级单轴张应变Ge材料;制作6英寸AlN埋绝缘层上晶圆级单轴张应变Ge材料;制作16英寸AlN埋绝缘层上晶圆级单轴压应变Ge材料。上述AlN埋绝缘层上Ge晶圆均具有三层结构，即顶层Ge层I，Α1Ν埋绝缘层2，Si衬底3，如图2(a)所示。其中:
[0041]5英寸AlN埋绝缘层上Ge晶圆，顶层Ge层I的厚度为0.3μπι，AlN埋绝缘层2的厚度为
0.5口!11，31衬底3的厚度为5254111。
[0042]6英寸AlN埋绝缘层上Ge晶圆，顶层Ge层I的厚度为0.4μπι，Α1Ν埋绝缘层2的厚度为0.5口!11，31衬底3的厚度为6754111。
[0043]16英寸AlN埋绝缘层上Ge晶圆，顶层Ge层I的厚度为0.5μπι，Α1Ν埋绝缘层2的厚度为
0.5口!11，31衬底3的厚度为7254111。
[0044]实施例1，制作5英寸AlN埋绝缘层上晶圆级单轴张应变Ge材料。
[0045]步骤1:选用5英寸AlN埋绝缘层上Ge晶圆，并对其进行清洗。
[0046](Ia)使用丙酮和异丙醇对所选AlN埋绝缘层上Ge晶圆交替进行超声波清洗，以去除衬底表面有机物污染；
[0047](Ib)将氨水、双氧水、去离子水按照1:1:3的比例配置成混合溶液，并加热至120°C，将AlN埋绝缘层上Ge晶圆置于此混合溶液中浸泡12分钟，取出后用大量去离子水冲洗，以去除AlN埋绝缘层上Ge晶圆表面无机污染物；
[0048](Ic)将AlN埋绝缘层上Ge晶圆用HF酸缓冲液浸泡2分钟，去除表面的氧化层。
[0049 ] 步骤2:淀积S i02层4，如图2 (b)所示。
[0050]将清洗后的AlN埋绝缘层上Ge晶圆取出，在其顶层Ge层I上利用等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺淀积厚度为7nm的S12层4，淀积的工艺条件如下:
[0051]SiH4 流量为 45sccm;
[0052]N2O 流量为 164sccm;
[0053]N2 流量为 800sccm;
[0054]气压为600mTorr;
[0055]功率为60W;
[0056]淀积温度为为300 Γ;
[0057]淀积厚度为7nm。
[0058]步骤3:形成非晶化层5，如图2(c)所示。
[0059]通过离子注入机对顶层Ge层I进行离子注入，以在顶层Ge层I内部形成非晶化层5;注入的工艺条件如下:
[0060]注入离子为Si，注入剂量为lE16cm—2，注入能量为80keV。
[0061 ] 步骤4:去除S12层4，如图2(d)所示。
[0062]在室温下，将带有S12层4的AlN埋绝缘层上Ge晶圆在BHF溶液中浸泡30秒，去除非晶化层5上的S12层4。
[0063]步骤5:在非晶化层上淀积压应力SiN薄膜6，如图2(e)所示。
[0064]采用等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺，在非晶化层5上淀积应力大小为_
1.1GPa，厚度为0.3μπι的压应力SiN薄膜6，淀积工艺条件如下:
[0065]高频HF功率为0.15kW，低频LF功率为0.85kW，高纯SiH4流量为0.45slm，高纯NH3流量为1.8s Im，高纯氮气流量为1.7s Im，反应室压强为2.7Torr，反应室温度为400 °C。
[0066]步骤6:将压应力SiN薄膜6刻蚀成SiN条状阵列7，如图2(f)所示。
[0067](6a)利用半导体光刻工艺在压应力SiN薄膜6上涂正光刻胶，将光刻胶烘干，利用具有条形宽度和间隔均为0.08μηι的光刻板进行曝光，曝光的区域为宽度和间隔均为0.08μηι的条状阵列，再用显影液去除掉曝光区域易溶于显影液的正光刻胶，在压应力SiN薄膜6上形成条状光刻胶掩蔽膜阵列；
[0068](6b)采用反应离子刻蚀RIE工艺刻蚀掉淀积在AlN埋绝缘层上Ge晶圆顶层Ge层I上的无光刻胶掩蔽膜保护的压应力SiN薄膜6，留下条状光刻胶掩蔽膜下的压应力SiN薄膜6，得到宽度和间距均为0.08μπι的SiN条状阵列7，以消除SiN条宽度方向的应力，保留SiN条长度方向的应力，得到单轴压应力SiN条状阵列7。如图2(f)所示；
[0069](6c)去除条状光刻胶掩蔽膜，仅留下SiN条状阵列7，带有SiN条状阵列的AlN埋绝缘层上Ge晶圆俯视图如图3所示。
[0070]步骤7:对带有SiN条状阵列7的AlN埋绝缘层上Ge晶圆进行退火，如图2(g)所示。
[0071]在退火炉中，先按照4°C/min的升温速率将温度由室温提升至500°C后，将带有SiN条状阵列7的AlN埋绝缘层上Ge晶圆在惰性气体Ar下退火3小时；
[0072]再按照4°C/min的降温速率将退火炉温度降至室温，退火后AlN埋绝缘层上Ge晶圆顶层Ge层I变为单轴应变顶层Ge层8 ；
[0073]在退火过程中SiN条状阵列应力进一步增强，使非晶化层5重结晶，同时使AlN埋绝缘层2发生塑性形变，变成塑性形变AlN埋绝缘层9，以保证SiN条状阵列去除后其上的应变顶层Ge层8的应力不消失。
[0074]步骤8:去除AlN埋绝缘层上Ge晶圆上的SiN条状阵列，如图2(h)所示。
[0075]配置155°C，体积分数为85%的热磷酸溶液，将带有SiN条状阵列7的AlN埋绝缘层上Ge晶圆在热磷酸溶液中浸泡3min，去除掉SiN条状阵列7，得到5英寸AlN埋绝缘层上晶圆级单轴张应变Ge材料。
[0076]实施例2，制作6英寸AlN埋绝缘层上晶圆级单轴张应变Ge材料。
[0077]步骤一:选用6英寸AlN埋绝缘层上Ge晶圆，并对其进行清洗。
[0078]本步骤的实现与实施例1的步骤I相同。
[0079]步骤二:将清洗后的AlN埋绝缘层上Ge晶圆取出，在其顶层Ge层I上通过等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺淀积S12层，即在SiH4流量为45sccm，N20流量为164sccm，N2流量为800SCCm，气压为600mTorr，功率为60W，淀积温度为300°C的工艺条件下，淀积厚度为8nm的S12层4，如图2(b)所示。
[0080]步骤三:通过离子注入机对顶层Ge层I内注入剂量为2E16cm—2，能量为90keV，的C离子，以在顶层Ge层I内部形成非晶化层5，如图2(c)所示。
[0081 ] 步骤四:将带有S12层4的AlN埋绝缘层上Ge晶圆在BHF溶液中浸泡50秒，去除非晶化层5上的S12层4，如图2(d)所示。
[0082]步骤五:采用等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺，在非晶化层5上淀积应力大小为-1.2GPa，厚度为0.4μπι的压应力SiN薄膜6，如图2(e)所示。
[0083]本步骤的淀积工艺条件如下:
[0084]高频HF功率为0.25kW，低频LF功率为0.75kW，高纯SiH4流量为0.3s Im，高纯NH3流量为1.9s Im，高纯氮气流量为1.8s Im，反应室压强为2.0Torr，反应室温度为400 °C。
[0085]步骤六:利用半导体光刻和刻蚀技术，将压应力SiN薄膜6刻蚀成条状阵列，以消除SiN条宽度方向的应力，保留SiN条长度方向的应力，得到单轴压应力SiN条状阵列7。
[0086](6.1)在压应力SiN薄膜6上涂正光刻胶，将光刻胶烘干，利用具有条形宽度和间隔均为0.085μηι的光刻板进行曝光，曝光的区域为宽度和间隔均为0.085μηι的条状阵列，用显影液去除掉曝光区域易溶于显影液的正光刻胶，在压应力SiN薄膜6上形成条状光刻胶掩蔽膜阵列；
[0087](6.2)采用反应离子刻蚀RIE工艺刻蚀掉淀积在AlN埋绝缘层上Ge晶圆顶层Ge层I上的无光刻胶掩蔽膜保护的压应力SiN薄膜6，留下条状光刻胶掩蔽膜下的压应力SiN薄膜6，得到宽度和间距均为0.085μπι的单轴压应力SiN条状阵列7，如图2(f)所示；
[0088](6.3)去除条状光刻胶掩蔽膜，仅留下SiN条状阵列7，带有SiN条状阵列的AlN埋绝缘层上Ge晶圆俯视图如图3所示。
[0089]步骤七:在退火炉中，按照4°C/min的升温速率将温度由室温提升至525°C后，将带有SiN条状阵列7的AlN埋绝缘层上Ge晶圆在惰性气体Ne下退火3.1小时，以进一步增强SiN条状阵列应力，并使非晶化层再结晶，同时使AlN埋绝缘层2发生塑性形变，变成塑性形变AlN埋绝缘层9，以保证SiN条状阵列去除后顶层Ge层的应力不消失;再按照4°C/min的降温速率将退火炉温度降至室温，退火后顶层Ge层I变为单轴应变顶层Ge层8。如图2(g)所示。
[0090]步骤八:配置温度为156°C，体积分数为86 %的热磷酸溶液，将带有SiN条状阵列7的AlN埋绝缘层上Ge晶圆在热磷酸溶液中浸泡4min，去除掉SiN条状阵列7，得到6英寸AlN埋绝缘层上晶圆级单轴张应变Ge材料，如图2 (h)所示。
[0091 ]实施例3，制作16英寸AlN埋绝缘层上晶圆级单轴压应变Ge材料。
[0092]步骤A:选用16英寸AlN埋绝缘层上Ge晶圆，并对其进行清洗。
[0093]本步骤的实现与实施例1的步骤I相同。
[0094]步骤B:淀积S12层4，如图2 (b)所示。
[0095]将清洗后的AlN埋绝缘层上Ge晶圆取出，在其顶层Ge层I上通过等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺淀积厚度为9nm的S12层4，如图2(b)所示。
[0096]淀积的工艺如下:SiH4流量为45sccm，N20流量为164sccm，N2流量为800sccm，气压为600mTorr，功率为60W，淀积温度为300°C。
[0097]步骤C:形成非晶化层5，如图2(c)所示。
[0098]形成Si02层4后，通过离子注入机对顶层Ge层I进行Ge离子注入，以在顶层Ge层I内部形成非晶化层5;
[0099 ] 注入剂量为3E16cm—2，注入能量为10keV，如图2 (c)所示。
[0100]步骤D:去除S12层4，如图2(d)所示。
[0101]将带有S12层4的AlN埋绝缘层上Ge晶圆在BHF溶液中浸泡60秒，去除非晶化层5上的S12层4，以免在淀积张应力SiN薄膜6后阻碍其应力传递给非晶化层5，如图2(d)所示。
[0102]步骤E:在非晶化层上淀积张应力SiN薄膜6，如图2(e)所示。
[0103]采用等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺，在非晶化层5上淀积应力大小为
[0104]1.1GPa，厚度为0.5μπι的张应力SiN薄膜6;
[0105]淀积工艺条件如下:
[0106]高频HF功率为1.3kW，低频LF功率为0.4kW，高纯SiH4流量为0.251m，高纯NH3流量为2.0slm,高纯氮气流量为0.9sIm，反应室压强为3.2Torr，反应室温度为400°C。
[0107]步骤F:将张应力SiN薄膜6刻蚀成SiN条状阵列7，如图2(f)所示。
[0108](Fl)利用半导体光刻工艺在张应力SiN薄膜6上涂正光刻胶，将光刻胶烘干，利用具有条形宽度和间隔均为0.09μηι的光刻板进行曝光，曝光的区域为宽度和间隔均为0.09μηι的条状阵列，用显影液去除掉曝光区域易溶于显影液的正光刻胶，在张应力SiN薄膜6上形成条状光刻胶掩蔽膜阵列；
[0109](F2)采用反应离子刻蚀RIE工艺刻蚀掉淀积在AlN埋绝缘层上Ge晶圆顶层Ge层上的无光刻胶掩蔽膜保护的张应力SiN薄膜6，留下条状光刻胶掩蔽膜下的张应力SiN薄膜6，得到宽度和间距均为0.09μπι的单轴张应力SiN条状阵列7，以消除SiN条宽度方向的应力，保留SiN条长度方向的应力，如图2(f)所示；
[0110](F3)去除条状光刻胶掩蔽膜，仅留下SiN条状阵列7，带有SiN条状阵列的AlN埋绝缘层上Ge晶圆俯视图如图3所示。
[0111]步骤G:对带有SiN条状阵列7的AlN埋绝缘层上Ge晶圆进行退火。
[0112]在退火炉中，按照4°C/min的升温速率将温度由室温提升至550°C后，将带有SiN条状阵列7的AlN埋绝缘层上Ge晶圆在惰性气体He下退火3.2小时，进一步增强SiN条状阵列应力，并使非晶化层再结晶，同时使AlN埋绝缘层2发生塑性形变，变成塑性形变AlN埋绝缘层9，保证SiN条状阵列去除后顶层Ge层的应力不消失；
[0113]接着，按照4°C/min的降温速率将退火炉温度降至室温，退火后顶层Ge层变为单轴应变顶层Ge层8。如图2(g)所示。
[0114]步骤H:去除AlN埋绝缘层上Ge晶圆上的SiN条状阵列。
[0115]配置温度为170°C，体积分数为87%的热磷酸溶液，将带有SiN条状阵列的AlN埋绝缘层上Ge晶圆在热磷酸溶液中浸泡5min，去除掉SiN条状阵列7，得到16英寸AlN埋绝缘层上晶圆级单轴压应变Ge材料，如图2 (h)所示。
【主权项】
1.基于非晶化与尺度效应的AlN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AlN埋绝缘层上Ge晶圆进行清洗，该AlN埋绝缘层上Ge晶圆包括顶层Ge层、A1N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7nm?9nm的S12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，以在顶层Ge层内部形成非晶化层； 4)去除非晶化层上的S12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薄膜或IGPa以上的张应力SiN薄膜； 6)使用光刻和反应离子刻蚀RIE工艺方法将张应力SiN薄膜或压应力SiN薄膜刻蚀成宽度和间距均为0.07μπι?0.09μπι的SiN条状阵列，以消除SiN条宽度方向的应力，得到单轴张应力SiN条状阵列或单轴压应力SiN条状阵列； 7)对带有SiN条状阵列的AlN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AlN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)用湿法刻蚀去除掉SiN条状阵列，得到AlN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AlN埋绝缘层上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0.3μπι?0.5μπι。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:lE16cm—2 ?3E16cm—2; 注入能量:80keV?10keV。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S12层，是将带有S12层的AlN埋绝缘层上Ge晶圆在BHF溶液中浸泡30s?60s，以去除非晶化层上的S12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IGPa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 °C; 高频HF功率为I.0kW?1.5kW; 低频LF功率为0.2kW?0.4kff； 高纯SiH4流量0.2slm?0.4slm，高纯冊3流量1.7slm?2.lslm，高纯氮气流量0.8slm?1.2slm； 反应室压强为2.8Torr?3.2Torr ； 淀积厚度为0.3μηι?0.5μηι。6.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以上压应力SiN薄膜的CVD工艺，采用等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺，其中淀积压应力SiN薄膜参数如下: 反应室温度400 °C; 高频HF功率为0.15kW?0.35kW; 低频LF功率为0.65kW?0.85kff； 高纯SiH4流量0.25sIm?0.45sIm，高纯冊3流量1.8sIm?2.0slm，高纯氮气流量1.7slm?I.9slm; 反应室压强为2.7Torr?3.2Torr ； 淀积厚度为0.3μηι?0.5μηι。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤6)中使用光刻和反应离子刻蚀RIE工艺方法将SiN薄膜刻蚀成条状阵列，按如下步骤进行: (7a)在SiN薄膜上涂正光刻胶，将光刻胶烘干，利用具有条形宽度和间隔均为0.08μπι?0.09μηι的光刻板进行曝光，曝光的区域为宽度和间隔均为0.08μηι?0.09μηι的条状阵列，用显影液去除掉曝光区域易溶于显影液的正光刻胶，在SiN薄膜上形成条状光刻胶掩蔽膜阵列； (7b)采用反应离子刻蚀RIE工艺刻蚀掉淀积在AlN埋绝缘层上Ge晶圆顶层Ge层上的无光刻胶掩蔽膜保护的SiN薄膜，留下条状光刻胶掩蔽膜下的SiN薄膜，得到宽度和间距均为0.08μπι?0.09μπι的单轴应力SiN条状阵列； (7c)去除条状光刻胶掩蔽膜，仅留下SiN条状阵列。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤7)中对带有SiN条状阵列的AlN埋绝缘层上Ge晶圆进行退火，其工艺条件如下: 温度:500°C ?550°C; 时间:3h?3.2h; 环境:He、Ne、Ar或它们的混合物。9.根据权利要求1所述，其特征在于步骤8)中采用湿法刻蚀去除掉SiN条状阵列，是配置150 °C?200 0C，体积分数为85 %?88 %的热磷酸溶液，将带有SiN条状阵列的AlN埋绝缘层上Ge晶圆在热磷酸溶液中浸泡3min?5min，去除掉SiN条状阵列，得到AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge材料。
【文档编号】H01L21/762GK105845617SQ201610446728
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】郝跃, 戴显英, 梁彬, 苗东铭, 祁林林, 焦帅
【申请人】西安电子科技大学