[发明专利]基于机械弯曲台的AlN埋绝缘层上单轴应变SGOI晶圆的制作方法

说明书

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。具体的说是一种基于AlN(氮化铝)埋绝缘层的单轴应变SGOI(Silicon Germanium On Insulater，绝缘层上锗硅)晶圆制作的新方法，可用于制作超高速、低功耗、抗辐照半导体器件与集成电路所需的SGOI晶圆，能显著增强SGOI晶圆片的电子迁移率与空穴迁移率，提高SGOI器件与电路的电学性能。

背景技术

应变SiGe(锗硅)以其器件与电路的工作频率高、功耗小、比GaAs价廉、与Si CMOS工艺兼容、成本低等诸多优点，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。

与体Si相比，SOI(Silicon On Insulater，绝缘层上硅)器件与电路具有功耗低、抗干扰能力强、集成密度高、速度高、寄生电容小、工艺简单、抗辐照能力强、并可彻底消除体硅CMOS的闩锁效应等优点，在高速、低功耗、抗辐照等器件与电路领域被广泛应用，是21世纪Si集成电路技术的发展方向。

SSGOI(Strained Silicon Germanium On Insulater，绝缘层上应变锗硅)结合了应变SiGe和SOI的优点，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、系统级芯片等方面也有着重要的应用前景。

SGOI晶圆的埋绝缘层通常是SiO₂(二氧化硅)，其热导率仅为硅的百分之一，阻碍了SGOI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SGOI在高密度、高功率集成电路中的应用。而AlN具有热导率高(是SiO₂的200倍)、电阻率大(320W/m·K)、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SGOI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。

传统的应变SGOI是基于SOI晶圆的双轴压应变，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。传统应变SGOI的主要缺点是位错密度高、只能是双轴压应变、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。

C.Himcinschi于2007年提出了单轴应变SOI晶圆的制作技术，参见[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)。该技术的工艺原理与步骤如图1和图2所示，其单轴张应变SOI的制作工艺步骤描述如下：

1.将4英寸Si晶圆片1热氧化，再将该氧化片注入H⁺(氢离子)。

2.将注H⁺的氧化片1放在弧形弯曲台上，通过外压杆将其弯曲，与弧形台面紧密贴合；随后将3英寸Si片2沿相同弯曲方向放置在弯曲的4英寸注H⁺氧化片1上，通过内压杆将其弯曲，与H⁺氧化片1紧密贴合；

3.将弯曲台放置在退火炉中，在200℃下退火15小时。

4.从弯曲台上取下弯曲的并已键合的两个Si晶圆片，重新放入退火炉中，在500℃下退火1小时，完成智能剥离，并最终形成单轴应变SOI晶圆。