[發明專利]晶圓級單軸應變SGOI的制作方法

有效

• 申請號: 201110361525.4
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102437054A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 郝躍;王曉晨;戴顯英;金國強;李志;王琳;張鶴鳴
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L21/324
• 分類號: H01L21/324
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及半導體材料制作工藝技術。具體的說是一種單軸應變SGOI(Silicon?Germanium?On?Insulater，絕緣層上鍺硅)晶圓制作的新方法，可用于制作超高速、低功耗、抗輻照半導體器件與集成電路所需的SGOI晶圓，能顯著增強SGOI晶圓片的電子遷移率與空穴遷移率，提高SGOI器件與電路的電學性能。

背景技術

應變SiGe(鍺硅)以其器件與電路的工作頻率高、功耗小、比GaAs價廉、與Si?CMOS工藝兼容、成本低等諸多優點，在微波器件、移動通信、高頻電路等產業領域有著廣泛的應用前景和競爭優勢。SiGe還是極優異的光電材料，在探測器、調制器、光波導、光發射器、太陽電池、光電集成等方面有著廣泛的應用。

與體Si相比，SOI(Silicon?On?Insulater，絕緣層上硅)器件與電路具有功耗低、抗干擾能力強、集成密度高、速度高、寄生電容小、工藝簡單、抗輻照能力強、并可徹底消除體硅CMOS的閂鎖效應等優點，在高速、低功耗、抗輻照等器件與電路領域被廣泛應用，是21世紀Si集成電路技術的發展方向。

SSGOI(Strained?Silicon?Germanium?On?Insulater，絕緣層上應變鍺硅)結合了應變SiGe和SOI的優點，為研發新型的超高速、低功耗、抗輻射、高集成度硅基器件和芯片提供一種新的解決方案，在光電集成、系統級芯片等方面也有著重要的應用前景。

傳統的應變SGOI是基于SOI晶圓的雙軸壓應變，即在SOI晶圓上直接生長應變SiGe，或先在SOI晶圓上生長Ge組分漸變的SiGe層作虛襯底，再在該SiGe層上外延生長所需的應變SiGe層。傳統應變SGOI的主要缺點是位錯密度高、只能是雙軸壓應變、遷移率提升不高、SiGe虛襯底增加了熱開銷和制作成本、SiGe虛襯底嚴重影響了器件與電路的散熱、應變SiGe層臨界厚度受Ge組分限制、高場下的空穴遷移率提升會退化等。

C.Himcinschi于2007年提出了單軸應變SOI晶圓的制作技術，參見[1]C.Himcinschi.，I.Radu，F.Muster，R.AlNgh，M.Reiche，M.Petzold，U.Go¨?sele，S.H.Christiansen，Uniaxially?strained?silicon?by?wafer?bonding?and?layer?transfer，Solid-State?Electronics，51(2007)226-230；[2]C.Himcinschi，M.Reiche，R.Scholz，S.H.Christiansen，and?U.Compressive?uniaxially?strained?silicon?on?insulator?by?prestrained?wafer?bonding?and?layer?transferAPPLIED，PHYSICS?LETTERS?90，231909(2007)。該技術的工藝原理與步驟如圖1和圖2所示，其單軸張應變SOI的制作工藝步驟描述如下：

1.將4英寸Si晶圓片1熱氧化，再將該氧化片注入H⁺(氫離子)。

2.將注H⁺的氧化片1放在弧形彎曲臺上，通過外壓桿將其彎曲，與弧形臺面緊密貼合；隨后將3英寸Si片2沿相同彎曲方向放置在彎曲的4英寸注H⁺氧化片1上，通過內壓桿將其彎曲，與H⁺氧化片1緊密貼合；

3.將彎曲臺放置在退火爐中，在200℃下退火15小時。

4.從彎曲臺上取下彎曲的并已鍵合的兩個Si晶圓片，重新放入退火爐中，在500℃下退火1小時，完成智能剝離，并最終形成單軸應變SOI晶圓。

該技術的主要缺點是：1)工藝步驟復雜：該方法必須經歷熱氧化、H⁺離子注入、剝離退火等必不可少的主要工藝及其相關步驟。2)彎曲溫度受限：由于是在智能剝離前進行鍵合與彎曲退火，受注H⁺剝離溫度的限制，其彎曲退火溫度不能高于300℃，否則將在彎曲退火過程中發生剝離，使Si片破碎。3)制作周期長：額外的熱氧化、H⁺離子注入、剝離退火等工藝步驟增加了其制作的時間。4)成品率低：該方法是用兩片重疊的硅晶圓片進行機械彎曲與鍵合，且又在彎曲狀態下進行高溫剝離，硅晶圓片很容易破碎。

發明內容