CN106067441B - 基于非晶化与尺度效应的晶圆级单轴应变sgoi的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于非晶化与尺度效应的晶圆级单轴应变SGOI的制作方法。其实现步骤是：在清洗后的SGOI晶圆顶层SiGe层上淀积SiO2层；对顶层SiGe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SiGe层上淀积张应力SiN薄膜或压应力SiN薄膜后将SiN薄膜刻蚀成单轴应力SiN条状阵列，并对该SGOI晶圆进行退火，使非晶化层重结晶，使SiO2埋绝缘层发生塑性形变；刻蚀掉SiN条状阵列，得到晶圆级单轴应变SGOI。本发明应变量大、成本低，可用于制作晶圆级单轴应变SGOI材料。
Description
技术领域
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，特别是一种晶圆级单轴应变SGOI材料的制作方法，可用于制作超高速、低功耗、高集成度、光电集成电路所需的SGOI晶圆，能显著增强SGOI晶圆的载流子迁移率，提高SGOI器件与电路的性能。
背景技术
传统的体Si材料的载流子迁移率很难满足未来高性能半导体器件和电路的需求。
应变SiGe器件与电路具有工作频率高、功耗小、与Si工艺兼容、成本低等优点，其在微波器件、移动通信、高频电路等产业领域有着广泛的应用前景和竞争优势。SiGe还是极优异的光电材料，在探测器、调制器、光波导、光发射器、太阳电池、光电集成等方面有着广泛的应用，但是Ge组分使SiGe器件的漏电较大。
SGOI，即绝缘层上锗硅是一种具有“SiGe/埋绝缘层/Si”三层结构的新型Si基半导体材料，其中埋绝缘层阻碍了电流泄漏，解决了SiGe材料的衬底电问题。
应变技术可较大提升SiGe的载流子迁移率，结合了应变技术和SGOI优点的绝缘层上应变锗硅SSGOI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。
传统的应变SGOI，即在SOI晶圆上直接生长应变SiGe，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SiGe层主要缺点是位错密度高、只能是双轴应变、迁移率提升不高、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SiGe层临界厚度受Ge组分限制、高场下的空穴迁移率提升会退化等。
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晶圆级单轴应变SGOI材料的新方法专利(CN201110361525)，用以制作晶圆级单轴应变SGOI材料，其主要工艺如图1所示，步骤如下：
1.SGOI晶圆顶层SiGe层面向上或向下放置在弧形弯曲台上；
2.两根圆柱形不锈钢压杆分别水平放置在SGOI晶圆两端，距SGOI晶圆边缘1cm；
3.缓慢旋动连接压杆的螺帽，使SGOI晶圆沿弧形台面逐渐弯曲，直至SGOI晶圆完全与弧形台面贴合；
4.载有SGOI晶圆的弧形弯曲台放置在退火炉中进行退火，退火温度在200℃至1250℃范围内可任意选择；
5.退火结束后缓慢降温至室温，取出载有SGOI晶圆的弧形弯曲台；
6.旋动连接压杆的螺帽，将压杆缓慢提升，直至弯曲的SGOI晶圆恢复原状。
但是该方法存在以下几个缺点：1)与传统集成电路工艺兼容性差：为了获得不同应变量的SGOI晶圆，该方法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SGOI晶圆弯曲，会在顶层锗硅中引入缺陷；若SGOI晶圆弯曲度过大，会造成晶圆碎裂。3)由于担心SGOI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硅中引入的应变量的大小，所能实现的应变量较小。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于非晶化与尺度效应的晶圆级单轴应变SGOI的制作方法，以降低晶圆级单轴应变SGOI制作成本，增加应变量，提高载流子迁移率，满足超高速、低功耗、高集成度电路的需求。
本发明的技术方案是这样实现的：
一.技术原理：
通过等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺，在SGOI晶圆上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的应力得到保留，即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SiGe层中的非晶化层施加单轴张应力或单轴压应力。在400℃～420℃退火，可使非晶化层重结晶，由于顶层SiGe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张应力或单轴压应力，因而在退火过程中由单轴张应力或单轴压应力引起的单轴张应变或单轴压应变被保留到顶层SiGe层中，最终在退火后得到晶圆级单轴应变的顶层SiGe层，同时，退火使SiO2埋绝缘层发生塑性形变，该塑性形变的SiO2埋绝缘层对单轴应变的顶层SiGe层具有拉持作用，以保障去除SiN薄膜后顶层SiGe层的应变不会消失，最终可得到晶圆级单轴应变SOI材料。
二.实现步骤：
根据上述原理，本发明的实现步骤如下：
1)选取SGOI晶圆进行清洗，该SGOI晶圆包括顶层SiGe层、SiO2埋绝缘层和Si衬底；
2)在顶层SiGe层上通过等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺淀积厚度为13nm～15nm的SiO2层，以消除后续离子注入工艺的沟道效应；
3)对顶层SiGe层进行离子注入，以在顶层SiGe层内部形成非晶化层；
4)去除非晶化层上的SiO2层；
5)在顶层SiGe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薄膜或淀积1GPa以上的张应力SiN薄膜；
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0.1μm～0.13μm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SGOI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SiO2埋绝缘层发生塑性形变，保证SiN条状阵列去除后顶层SiGe层的应力不消失；
8)采用湿法刻蚀去除掉SiN条状阵列，得到晶圆级单轴张应变SGOI材料或晶圆级单轴压应变SGOI材料。
本发明与现有的晶圆级单轴应变SGOI制造技术相比，具有如下优点：
1.成品率高
本发明使用单轴张应力SiN条状阵列或单轴压应力SiN条状阵列引入应变，避免了机械致晶圆级单轴应变SGOI方法对SGOI晶圆进行弯曲引起的破损和缺陷问题，成品率高。
2.平整度高
本发明使用单轴张应力SiN条状阵列或单轴压应力SiN条状阵列引入应变，避免了机械致晶圆级单轴应变SGOI方法中对SGOI晶圆弯曲退火后SGOI晶圆平整度较低的问题。
3.应变量大
本发明采用单轴张应力SiN条状阵列或单轴压应力SiN条状阵列引入单轴应变，且SiO2埋绝缘层退火后发生塑性形变对顶层SiGe层具有拉持作用，增大了顶层SiGe层应变量，使得载流子迁移率有了明显的提升。
附图说明
图1为现有晶圆级单轴应变SGOI的工艺流程图；
图2为本发明晶圆级单轴应变SGOI的工艺流程图；
图3为本发明中淀积在顶层SiGe层上的SiN条状阵列的俯视图。
具体实施方式
SGOI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SiGe层厚度为0.3μm～0.4μm。
参照图2，本发明给出基于非晶化与氮化硅应力膜尺度效应的晶圆级单轴应变SGOI制作方法的三个实施例，即制作3英寸晶圆级单轴张应变SGOI材料；制作5英寸晶圆级单轴张应变SGOI材料；制作8英寸晶圆级单轴压应变SGOI材料。上述SGOI晶圆均具有三层结构，即顶层SiGe层1，SiO2埋绝缘层2，Si衬底3，如图2(a)所示。其中：
3英寸SGOI晶圆，顶层SiGe层1的厚度为0.3μm，SiO2埋绝缘层2的厚度为0.5μm，Si衬底3的厚度为675μm。
5英寸SGOI晶圆，顶层SiGe层1的厚度为0.35μm，SiO2埋绝缘层2的厚度为0.5μm，Si衬底3的厚度为675μm。
8英寸SGOI晶圆，顶层SiGe层1的厚度为0.4μm，SiO2埋绝缘层2的厚度为0.5μm，Si衬底3的厚度为675μm。
实施例1，制作3英寸晶圆级单轴张应变SGOI材料。
步骤1：选用3英寸SGOI晶圆，并对其进行清洗。
(1a)使用丙酮和异丙醇对所选SGOI晶圆交替进行超声波清洗，以去除衬底表面有机物污染；
(1b)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℃，将SGOI晶圆置于此混合溶液中浸泡12min，取出后用大量去离子水冲洗，以去除SGOI晶圆表面无机污染物；
(1c)将SGOI晶圆用HF酸缓冲液浸泡2min，去除表面的氧化层。
步骤2：淀积SiO2层4，如图2(b)所示。
(2a)将清洗后的SGOI晶圆取出，置于等离子体增强化学气相淀积PECVD反应室中，启动真空泵，将反应室抽真空至600mTorr，再启动加热器将反应室的温度升至300℃并保持恒温；
(2b)向反应室内依次通入45sccm的SiH4，164sccm的N2O，800sccm的N2；
(2c)设定低频LF功率为60W，在SGOI晶圆顶层SiGe层1上淀积厚度为13nm的SiO2层4；
(2d)淀积完成后将反应室抽真空，再将反应室温度降温至室温后，取出淀积了SiO2层4的SGOI晶圆。
步骤3：形成非晶化层5，如图2(c)所示。
将淀积SiO2层4后的SGOI晶圆放入离子注入机，选用Ge离子，设定注入剂量为1.2E16cm-2，注入能量为80keV，对顶层SiGe层1进行离子注入，以在顶层SiGe层1内部形成非晶化层5；
步骤4：去除SiO2层4，如图2(d)所示。
在室温下，将带有SiO2层4的SGOI晶圆在BHF溶液中浸泡30s，去除非晶化层5上的SiO2层4。
步骤5：在非晶化层上淀积压应力SiN薄膜6，如图2(e)所示。
(5a)将去除SiO2层4后的SGOI晶圆取出，置于等离子体增强化学气相淀积PECVD反应室中，先启动真空泵，再启动加热器将反应室的温度升至400℃并保持恒温；
(5b)向反应室内依次通入0.23slm的高纯SiH4，1.7slm的高纯NH3，1.8slm的高纯N2，反应室压强2.4Torr；
(5c)设高频HF功率为0.15kW，低频LF功率为0.85kW，在SGOI晶圆非晶化层5上淀积应力大小为-2.1GPa，厚度为0.4μm的压应力SiN薄膜6；
(5d)淀积完成后将反应室抽真空，再将反应室温度降温至室温后，取出淀积了压应力SiN薄膜6的SGOI晶圆。
步骤6：将压应力SiN薄膜6刻蚀成单轴压应力SiN条状阵列7，如图如图2(f)所示。
(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0.1μm的光刻板进行曝光，曝光的区域为宽度和间隔均为0.1μm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；
(6b)将SGOI晶圆放入反应离子刻蚀机中刻蚀掉淀积在SGOI晶圆顶层SiGe层1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0.1μm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；
(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SGOI晶圆俯视图如图3所示。
步骤7：对带有SiN条状阵列7的SGOI晶圆进行退火，如图2(g)所示。
(7a)在退火炉中，先按照4℃/min的升温速率将温度由室温提升至400℃后，将带有SiN条状阵列7的SGOI晶圆在惰性气体Ar下退火4.5h；
(7b)再按照4℃/min的降温速率将退火炉温度降至室温，退火后SGOI晶圆顶层SiGe层1变为单轴应变顶层SiGe层8；
(7c)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SiO2埋绝缘层2发生塑性形变，变成塑性形变SiO2埋绝缘层9，以保证SiN条状阵列去除后其上的应变顶层SiGe层8的应力不消失。
步骤8：去除SGOI晶圆上的SiN条状阵列，如图2(h)所示。
配置157℃，体积分数为86％的热磷酸溶液，将带有SiN条状阵列7的SGOI晶圆在热磷酸溶液中浸泡4min，去除掉SiN条状阵列7，得到3英寸晶圆级单轴张应变SGOI材料。
实施例2，制作5英寸晶圆级单轴张应变SGOI材料。
步骤一：选用5英寸SGOI，并对其进行清洗。
本步骤的实现与实施例1的步骤1相同。
步骤二：将清洗后的SGOI晶圆取出，在其顶层SiGe层1上通过等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺淀积SiO2层4，如图2(b)所示。
淀积步骤与实施例1的步骤2相同，
采用的工艺参数：SiH4流量为45sccm，N2O流量为164sccm，N2流量为800sccm，气压为600mTorr，功率为60W，淀积温度为300℃，厚度14nm。
步骤三：通过离子注入机对顶层SiGe层1内注入剂量为1.3E16cm-2，能量为81keV，的C离子，以在顶层SiGe层1内部形成非晶化层5，如图2(c)所示。
步骤四：将带有SiO2层4的SGOI晶圆在BHF溶液中浸泡35s，去除非晶化层5上的SiO2层4，如图2(d)所示。
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-2.2GPa，厚度为0.5μm的压应力SiN薄膜6，如图2(e)所示。
淀积步骤与实施例1步骤5相同；
淀积工艺参数：高频HF功率为0.16kW，低频LF功率为0.84kW，高纯SiH4流量为0.24slm，高纯NH3流量为1.8slm，高纯氮气流量为1.9slm，反应室压强为3.0Torr，反应室温度为400℃。
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。
(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0.11μm的光刻板进行曝光，曝光的区域为宽度和间隔均为0.11μm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；
(6.2)采用反应离子刻蚀RIE工艺刻蚀掉淀积在SGOI晶圆顶层SiGe层1上的无光刻胶掩蔽膜保护的SiN薄膜6，留下条状光刻胶掩蔽膜下的SiN薄膜6，得到宽度和间距均为0.11μm的单轴压应力SiN条状阵列7，如图2(f)所示；
(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SGOI晶圆俯视图如图3所示。
步骤七：在退火炉中，按照4℃/min的升温速率将温度由室温提升至410℃后，将带有SiN条状阵列7的SGOI晶圆在惰性气体He下退火4.1h，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SiO2埋绝缘层2发生塑性形变，变成塑性形变SiO2埋绝缘层9，以保证SiN条状阵列去除后顶层SiGe层8的应力不消失；再按照4℃/min的降温速率将退火炉温度降至室温。退火后顶层SiGe层1变为单轴应变顶层SiGe层8。如图2(g)所示。
步骤八：配置165℃，体积分数为87％的热磷酸溶液，将带有SiN条状阵列7的SGOI晶圆在热磷酸溶液中浸泡5min，去除掉SiN条状阵列7，得到5英寸晶圆级单轴张应变SGOI材料，如图2(h)所示。
实施例3，制作8英寸晶圆级单轴压应变SGOI材料。
步骤A：选用8英寸SGOI晶圆，并对其进行清洗。
本步骤的实现与实施例1的步骤1相同。
步骤B：淀积SiO2层4，如图2(b)所示。
将清洗后的SGOI晶圆取出，在其顶层SiGe层1上通过等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺淀积SiO2层4，如图2(b)所示。
淀积步骤与实施例1的步骤2相同；
淀积参数设置：SiH4流量为45sccm，N2O流量为164sccm，N2流量为800sccm，气压为600mTorr，功率为60W，淀积温度为300℃，厚度15nm。
步骤C：形成非晶化层5，如图2(c)所示。
形成SiO2层4后，通过离子注入机对顶层SiGe层1进行注入剂量为1.4E16cm-2，注入能量为83keV的Si离子注入，以在顶层SiGe层1内部形成非晶化层5，如图2(c)所示。
步骤D：去除SiO2层4，如图2(d)所示。
将带有SiO2层4的SGOI晶圆在BHF溶液中浸泡40s，去除非晶化层5上的SiO2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。
步骤E：在非晶化层上淀积张应力SiN薄膜6，如图2(e)所示。
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2.1GPa，厚度为0.6μm的张应力SiN薄膜6，如图2(e)所示。
设置淀积参数如下：
高频HF功率为1.0kW，低频LF功率为0.3kW，高纯SiH4流量为0.2slm，高纯NH3流量为1.7slm，高纯氮气流量为1.1slm，反应室压强为3.1Torr，反应室温度为400℃；按照与实施例1步骤5相同的步骤进行淀积。
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。
(F1)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0.13μm的光刻板进行曝光，曝光的区域为宽度和间隔均为0.13μm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；
(F2)采用反应离子刻蚀RIE工艺刻蚀掉淀积在SGOI晶圆顶层SiGe层上的无光刻胶掩蔽膜区域，即曝光区域下的SiN薄膜6，留下条状光刻胶掩蔽膜下的SiN薄膜6，得到宽度和间距均为0.13μm的单轴应力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；
(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SGOI晶圆俯视图如图3所示。
步骤G：对带有SiN条状阵列7的SGOI晶圆进行退火。
在退火炉中，按照4℃/min的升温速率将温度由室温提升至420℃后，将带有SiN条状阵列7的SGOI晶圆在惰性气体Ne下退火4h，进一步增强SiN条状阵列应力，并使非晶化层再结晶，同时使SiO2埋绝缘层2发生塑性形变，变成塑性形变SiO2埋绝缘层9，保证SiN条状阵列去除后顶层SiGe层8的应力不消失；
接着，按照4℃/min的降温速率将退火炉温度降至室温，退火后顶层SiGe层1变为单轴应变顶层SiGe层8。如图2(g)所示。
步骤H：去除SGOI晶圆上的SiN条状阵列。
配置170℃，体积分数为87％的热磷酸溶液，将带有SiN条状阵列的SGOI晶圆在热磷酸溶液中浸泡6min，去除掉SiN条状阵列7，得到8英寸晶圆级单轴压应变SGOI材料，如图2(h)所示。
Claims (9)
1.基于非晶化与尺度效应的晶圆级单轴应变SGOI的制作方法，包括如下步骤：
1)选取SGOI晶圆进行清洗，该SGOI晶圆包括顶层SiGe层、SiO2埋绝缘层和Si衬底；
2)在顶层SiGe层上通过等离子体增强化学气相淀积PECVD工艺淀积厚度为13nm～15nm的SiO2层，以消除后续离子注入工艺的沟道效应；
3)对顶层SiGe层进行离子注入，以在顶层SiGe层内部形成非晶化层；
4)去除非晶化层上的SiO2层；
5)在顶层SiGe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应力膜或淀积1GPa以上的张应力SiN薄膜；
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0.1μm～0.13μm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SGOI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SiO2埋绝缘层发生塑性形变，保证SiN条状阵列去除后顶层SiGe层的应力不消失；
8)采用湿法刻蚀去除掉SiN条状阵列，得到晶圆级单轴张应变SGOI材料或晶圆级单轴压应变SGOI材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于SGOI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SiGe层厚度为0.3μm～0.4μm。
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SiGe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：1.2E16cm-2～1.4E16cm-2；
注入能量：80keV～83keV。
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SiO2层，是将带有SiO2层的SGOI晶圆在BHF溶液中浸泡30s～40s，以去除非晶化层上的SiO2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SiGe层上淀积1GPa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℃；
高频HF功率为1.0kW～1.2kW；
低频LF功率为0.2kW～0.3kW；
高纯SiH4流量0.2slm～0.3slm，高纯NH3流量1.7slm～1.8slm，高纯氮气流量0.8slm～1.1slm；
反应室压强为2.8Torr～3.3Torr；
淀积厚度为0.4μm～0.6μm。
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SiGe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℃；
高频HF功率为0.15kW～0.17kW；
低频LF功率为0.83kW～0.85kW；
高纯SiH4流量0.23slm～0.25slm，高纯NH3流量1.7slm～1.9slm，高纯氮气流量1.8slm～2.0slm；
反应室压强为2.9Torr～3.1Torr；
淀积厚度为0.4μm～0.6μm。
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0.1μm～0.13μm的光刻板进行曝光，曝光的区域为宽度和间隔均为0.1μm～0.13μm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应力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SGOI晶圆顶层SiGe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0.1μm～0.13μm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SGOI晶圆进行退火，其工艺条件如下：
温度：400℃～420℃；
时间：4h～4.2h；
环境：He、Ne、Ar或它们的混合物。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤8)中采用湿法刻蚀去除掉SiN条状阵列，是150℃～190℃，体积分数为86％～88％的热磷酸溶液，将带有SiN条状阵列的SGOI晶圆在热磷酸溶液中浸泡4min～6min，去除掉SiN条状阵列，得到晶圆级单轴应变SGOI材料。
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| CN101454894A (zh) * | 2006-05-30 | 2009-06-10 | 飞思卡尔半导体公司 | 厚应变soi衬底中的工程应变 |
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