【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子
,涉及半导体衬底材料制作工艺技术,具体的说是一种AlN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Ge材料的制作方法,可用于制作高温、大功耗、高功率集成电路所需的GeOI晶圆。
技术介绍
业内周知,半导体Ge的电子与空穴迁移率分别是Si的2.8倍和4.2倍,其空穴迁移率是所有半导体中最高的。将应变技术引入Ge器件和集成电路的应变Ge技术对载流子迁移率提升明显,例如埋沟应变Ge的空穴迁移率可提高6-8倍。因此,Ge及应变Ge将是16纳米及以下工艺Si基CMOS器件与集成电路的最佳沟道材料。Ge还具有远优于Si的光电性,在探测器、调制器、光波导、光发射器、太阳能电池等有着极为广泛的应用。由于禁带宽度只有0.67eV,导致Ge器件与电路的衬底的漏电较大。而GeOI正是为解决衬底泄漏电流而开发的,目前已广泛应用于半导体器件与集成电路的制造。GeOI晶圆一般为“Ge/绝缘层/Si”三层结构。GeOI晶圆的埋绝缘层通常是SiO2,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;其介电常数仅为3.9,易导致信号传输丢失,也阻碍了GeOI在高密度、高功率集成电路中的应用。而AlN具有热导率高、电阻率大、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SiO2的GeOI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。结合了应变Ge和GeOI优点的应变绝缘层上锗GeOI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 ...
【技术保护点】
基于氮化硅应力薄膜与尺度效应的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)对GeOI晶圆进行清洗,该GeOI晶圆包括顶层Ge层、SiO2埋绝缘层和Si衬底三层结构;(2)对清洗过的GeOI晶圆进行He离子注入,即将He离子注入到GeOI晶圆的SiO2埋绝缘层与Si衬底界面处;(3)在离子注入后的GeOI晶圆顶层Ge上采用PECVD等工艺淀积‑1GPa以上的压应力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0.12μm~0.18μm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Ge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GeOI晶圆转变为晶圆级的单轴应变GeOI;(5)对顶层Ge表面形成条形SiN薄膜阵列的GeOI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Ge层应力不消失;(6)通过湿法腐蚀去除GeOI晶圆表面上的条形SiN薄膜阵列,最终得到晶圆级 ...
【技术特征摘要】
1.基于氮化硅应力薄膜与尺度效应的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)对GeOI晶圆进行清洗,该GeOI晶圆包括顶层Ge层、SiO2埋绝缘层和Si衬底三层结构;(2)对清洗过的GeOI晶圆进行He离子注入,即将He离子注入到GeOI晶圆的SiO2埋绝缘层与Si衬底界面处;(3)在离子注入后的GeOI晶圆顶层Ge上采用PECVD等工艺淀积-1GPa以上的压应力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0.12μm~0.18μm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Ge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GeOI晶圆转变为晶圆级的单轴应变GeOI;(5)对顶层Ge表面形成条形SiN薄膜阵列的GeOI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Ge层应力不消失;(6)通过湿法腐蚀去除GeOI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GeOI或单轴压应变GeOI材料。2.根据权利要求1所述的方法,其中步骤(1)中的GeOI晶圆,其包括3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸的不同规格,其顶层Ge层厚度为100~500nm。3.根据权利要求1所述的方法,其中步骤(1)中对GeOI晶圆进行清洗,其步骤如下:(1a)使用丙酮和异丙醇对GeOI晶圆交替进行超声波清洗,以去除衬底表面有机物污染;(1b)配置1:1:3的氨水、双氧水、去离子水的混合溶液,并加热至120℃,将GeOI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GeOI晶圆表面无机污染物;(1c)将GeOI晶圆用HF酸缓冲液浸泡2分钟,去除表面的氧化层。4.根据权利要求1所述的方法,其中步骤(2)中的离子注入,采用He离子,其注入剂量从1.5E14cm-2~1.5E16cm-2变化,注入能量根据顶层Ge层厚度的不同从80Kev~160Kev变化。5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员:郝跃,戴显英,梁彬,苗东铭,祁林林,焦帅,
申请(专利权)人:西安电子科技大学,
类型:发明
国别省市:陕西;61
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