技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體襯底材料制作工藝技術(shù)，具體的說是一種基于SiN(氮化硅)埋絕緣層的單軸應(yīng)變SOI(Silicon?On?Insulater，絕緣層上硅)晶圓的制作方法，可用于制作超高速、低功耗、抗輻照半導(dǎo)體器件與集成電路所需的SOI晶圓，能顯著提高傳統(tǒng)SOI晶圓的電子遷移率，克服傳統(tǒng)雙軸應(yīng)變SOI的高場(chǎng)遷移率退化。與現(xiàn)有單軸應(yīng)變SOI技術(shù)相比，本發(fā)明具有應(yīng)變度高、工藝簡(jiǎn)單、成品率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

背景技術(shù)

與體Si技術(shù)相比，SOI技術(shù)具有速度高、功耗低、集成密度高、寄生電容小、抗輻照能力強(qiáng)、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在高速、低功耗、抗輻照等器件與電路領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

隨著器件特征尺寸進(jìn)入亞微米及深亞微米，Si載流子的遷移率限制了器件與電路的速度，無法滿足高速高頻和低壓低功耗的需求。而應(yīng)變Si的電子和空穴遷移率，理論上將分別是體Si的2倍和5倍，可大大提升器件與電路的頻率與速度。目前，應(yīng)變Si技術(shù)被廣泛應(yīng)用于65納米及以下的Si集成電路工藝中。

而結(jié)合了應(yīng)變Si與SOI的應(yīng)變SOI技術(shù)很好地兼顧了應(yīng)變Si和SOI的特點(diǎn)與技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并且與傳統(tǒng)的Si工藝完全兼容，是高速、低功耗集成電路的優(yōu)選工藝，已成為21世紀(jì)延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵技術(shù)。

SOI晶圓的埋絕緣層通常是SiO₂(二氧化硅)，其熱導(dǎo)率僅為硅的百分之一，阻礙了SOI在高溫、大功率方面的應(yīng)用；其介電常數(shù)僅為3.9，易導(dǎo)致信號(hào)傳輸丟失，也阻礙了SOI材料在高密度、高功率集成電路中的應(yīng)用。用SiN取代SiO₂，其SOI具有更好的絕緣性和散熱性，已廣泛應(yīng)用在高溫、大功耗、高功率集成電路中。

傳統(tǒng)的應(yīng)變SOI是基于SGOI(絕緣層上鍺硅)晶圓的雙軸應(yīng)變，即先在SOI晶圓上外延生長一厚弛豫SiGe層作為虛襯底，再在弛豫SiGe層上外延生長所需的應(yīng)變Si層。傳統(tǒng)應(yīng)變SOI的主要缺點(diǎn)是粗糙度高、厚SiGe虛襯底增加了熱開銷和制作成本、SiGe虛襯底嚴(yán)重影響了器件與電路的散熱、雙軸應(yīng)變Si的遷移率提升在高電場(chǎng)下退化等。

為了克服傳統(tǒng)應(yīng)變SOI的缺點(diǎn)，C.Himcinschi于2007年提出了單軸應(yīng)變SOI晶圓的制作技術(shù)，參見[1]C.Himcinschi.，I.Radu，F(xiàn).Muster，R.SiNgh，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(shù)的工藝原理與步驟如圖1和圖2所示，其單軸張應(yīng)變SOI的制作工藝步驟描述如下：

1、先將4英寸Si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(tái)上，通過外壓桿將其彎曲，與弧形臺(tái)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注H+氧化片1上，通過內(nèi)壓桿將其彎曲，與氧化片1緊密貼合；

3、將彎曲臺(tái)放置在退火爐中，在200℃下退火15小時(shí)。

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

與本發(fā)明相比，該方法有以下幾點(diǎn)主要缺點(diǎn)：1)工藝步驟復(fù)雜：該方法必須經(jīng)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(guān)步驟。2)彎曲溫度受限：由于是在智能剝離前進(jìn)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(fā)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(shí)間。4)成品率低：該方法是用兩片重疊的硅晶圓片進(jìn)行機(jī)械彎曲與鍵合，且又在彎曲狀態(tài)下進(jìn)行高溫剝離，硅晶圓片很容易破碎。

發(fā)明內(nèi)容