一种应力硅及其制备方法与半导体元件

1.本发明涉及光电材料技术领域，具体而言，涉及一种应力硅的制备方法。


背景技术：

2.硅是一种半导体材料，是构成当今电子信息系统的主要材料。当今电子信息集成电路的基底主要为硅材料，且硅具有成熟的cmos加工工艺，并且具有尺寸大、成本低等优点。此外，基于成熟的cmos工艺，硅基集成光电子技术也如火如荼的发展起来，并初步开始投入商用。
3.但对于丰富、高效的信息处理要求而言，硅材料在集成电子和集成光电子领域逐渐显现出某些方面的不足。例如，由于硅中载流子迁移率的限制，制约了硅电子器件工作频率；硅由于带隙较大，对长波长光无法产生吸收；且硅不具有一阶电光效应，导致硅基调制器的调制效率不高。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种应力硅及其制备方法，旨在改善硅中载流子迁移率的限制，制约了硅电子器件工作频率；硅由于带隙较大，对长波长光无法产生吸收；且硅不具有一阶电光效应，导致硅基调制器的调制效率不高的问题。
5.本发明采用了如下方案：
6.一种应力硅的制备方法，，所述方法包含以下步骤：
7.在提供的硅衬底上刻蚀v型狭缝凹槽；
8.对所述硅衬底施加应力使其变成弧形硅衬底，且使得所述v型狭缝凹槽两侧贴在一起；
9.退火处理贴在一起的所述v型狭缝凹槽，直至所述v型狭缝凹槽处的硅处于熔融状态；
10.将所述v型狭缝凹槽两侧的硅融化后重新结晶，并形成共价键；
11.冷却到室温后，去除施加的应力；
12.将所述硅衬底恢复为平整状态，所述v型狭缝凹槽两侧因硅重新结晶形成共价键而连接在一起，从而在所述v型狭缝凹槽附近形成拉应力。
13.作为进一步改进，所述刻蚀为湿法刻蚀或干法刻蚀。
14.作为进一步改进，所述退火处理为激光退火处理。
15.作为进一步改进，所述v型狭缝凹槽设置在所述硅衬底边侧的中间位置。
16.作为进一步改进，所述v型狭缝凹槽处的拉应力会产生一定的形变。
17.一种应力硅，采用如上述任意一项所述的制备方法制备得到。
18.作为进一步改进，所述应力硅能够吸收覆盖c波段。
19.一种半导体元件，包括如上述所述的应力硅。
20.通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：
21.本技术的应力硅及其制备方法，其制备方法具体为：首先准备一块硅衬底，然后通过刻蚀在硅衬底上刻蚀出v型狭缝凹槽，通过外部施加的应力使刻蚀后的硅衬底弯曲，直至v型狭缝凹槽两侧贴在一起为止；然后对v型狭缝凹槽贴在一起的狭缝进行退火处理，直至狭缝处硅处于熔融状态，v型狭缝凹槽两侧的硅融化后重新结晶，并形成共价键，然后缓慢冷却；冷却到室温后，去除外部施加的应力，硅衬底恢复成平整状态，v型狭缝凹槽两侧因为硅重新结晶形成共价键而连接在一起，从而在v型狭缝凹槽附近形成拉应力。改善了现有硅中载流子迁移率的限制，制约了硅电子器件工作频率；硅由于带隙较大，对长波长光无法产生吸收；且硅不具有一阶电光效应，导致硅基调制器的调制效率不高的问题。和现有技术相比，本技术的优点是显而易见的。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
23.图1是本发明的第一实施例的通过刻蚀狭缝并退火制备应力硅的流程示意图。
具体实施方式
24.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
26.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情
况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.实施例
30.本发明第一实施例提供一种应力硅的制备方法，所述制备方法具体为：首先准备一块硅衬底，然后通过刻蚀在硅衬底上刻蚀出v型狭缝凹槽，通过外部施加的应力使刻蚀后的硅衬底弯曲，直至v型狭缝凹槽两侧贴在一起为止；然后对v型狭缝凹槽贴在一起的狭缝进行退火处理，由于狭缝处硅表面悬挂键较多，吸光性好，因此温度上升速度快，也就是主体硅材料为固态的情况下狭缝处硅先达到熔融状态，当狭缝处硅处于熔融状态时，v型狭缝凹槽两侧的硅融化后重新结晶，并形成共价键，然后缓慢冷却；冷却到室温后，去除外部施加的应力，硅衬底恢复成平整状态，v型狭缝凹槽两侧因为硅重新结晶形成共价键而连接在一起，从而在v型狭缝凹槽附近形成拉应力。
31.进一步地，上述制备方法也可以用在硅以外的其它材料，本发明不做具体限制。经过上述制备方法制备后，硅衬底中产生的拉应力，可以减小硅的吸收带隙，且如果在硅中产生的应力不对称，则可以打破硅的中心对称结构，使硅产生一阶电光效应，提高硅的调制效率。此外，应力可以提高硅中载流子的迁移速率，从而提高硅器件的工作频率。改善了现有硅中载流子迁移率的限制，制约了硅电子器件工作频率；硅由于带隙较大，对长波长光无法产生吸收；且硅不具有一阶电光效应，导致硅基调制器的调制效率不高的问题。
32.在本实施例中，刻蚀可以为湿法刻蚀或干法刻蚀等刻蚀方法，本实施新型不做具体限制；优选为干法刻蚀，其成本相较于湿法刻蚀更低。
33.进一步地，退火处理优选为激光退火处理，可以控制热处理的深度，并且可高速加热及高速冷却。
34.在本实施例中，v型狭缝凹槽设置在所述硅衬底边侧的中间位置，使得其结构结构整齐、美观，且使得外部施加的应力能够均匀分布。
35.本发明第二实施例提供一种应力硅，其采用上述任意一项所述的制备方法制备得到，该应力硅能够吸收覆盖c波段。
36.进一步地，上述处理过后的硅还可以以其他的形式进行利用，例如：以二氧化硅的的形式出现，高纯度的二氧化硅可以用于制备光学仪器镜头眼镜等，质量差的可以用于制备酒杯、果盘等。
37.本发明第三实施例提供一种半导体元件，包括上述所述的应力硅，使得该元件电子迁移率，且能产生一阶电光效应，提高硅的调制效率。
38.进一步地，v型狭缝凹槽处的拉应力会产生一定的形变，当v型狭缝凹槽的深度相对于硅衬底的厚度比较小、或硅衬底比较大、或硅衬底底部有二氧化硅基底的时候，v型狭缝凹槽处拉应力产生的形变可忽略不计。
39.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，
凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。