[发明专利]基于氮化硅应力薄膜与尺度效应的SiN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Si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SiN埋绝缘上层晶圆级单轴应变Si的制作方法，其实现步骤为：清洗SOI晶圆，并注入He离子；在离子注入后的SOI晶圆顶层上淀积‑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；对带有SiN薄膜阵列的SOI晶圆进行退火；腐蚀去除SOI晶圆表面上的SiN薄膜阵列，得到氮化硅埋绝缘层晶圆级单轴应变SOI材料。本发明利用SiN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引入应变，与现有半导体工艺兼容，可用于制作高温、超高速、抗辐照及大功率半导体器件和集成电路。

主权项

1.基于氮化硅应力薄膜与尺度效应的SiN埋绝缘层上晶圆级单轴应变Si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、SiN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He将离子注入到SOI晶圆的SiN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0.1μm～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SiN埋绝缘层发生整体的拉伸形变，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SiN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SiN埋绝缘层晶圆级单轴张应变SOI或单轴压应变SOI材料。