[发明专利]应力可调的悬浮应变薄膜结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种应力可调的悬浮应变薄膜结构及其制备方法，该方法包括以下步骤：S1：提供一自上而下依次包括顶层应变半导体层、埋氧层及半导体衬底的半导体结构，刻蚀顶层应变半导体层形成预设图形微结构及基座；所述微结构包括一对平板及连接于该一对平板之间的至少一条中心桥线；所述平板的外端连接于基座；S2：通过干法腐蚀去除所述微结构下方的埋氧层以释放微结构，使得所述平板应力弛豫，中心桥线应力增加。本发明通过弹性变形机制和图形化改变顶层应变半导体层本身的固有应力，使得平板应力弛豫，而中心桥线应力增加，从而实现应力大小及应力区域的调控，在绝缘体上应变半导体材料结构上制备高质量、大应变的应变纳米线，工艺简单高效。

技术领域

本发明属于半导体领域，涉及一种应力可调的悬浮应变薄膜结构及其制备方法。

背景技术

随着集成电路产业的发展，在目前极大规模的纳米技术时代中，需要进一步提高芯片的集成度和工作性能，而现有的体硅材料和工艺正接近它们的物理极限，在进一步减小集成电路的特征尺寸方面越来越受到成本和技术的限制。寻找新材料、新衬底、新器件结构成为进一步提高晶体管性能的首选。SOI技术与应变硅技术成为纳米技术时代取代现有单晶硅材料的两大解决方案，是维持Moore定律走势的两大利器。

应变硅技术通过在传统的体硅器件中引入应力可以提高载流子的迁移率，且应变CMOS以体硅工艺为基础不需要复杂的工艺，因而正在作为一种廉价且高效的技术得到越来越广泛的应用。在应变硅技术中，MOS晶体管(有时叫MOS管或MOS器件)沟道区的张应力能够提升电子的迁移率，压应力能够提升空穴的迁移率。一般而言，在N型金属氧化物半导体场效应管(NMOSFET，也叫NMOS)的沟道区引入张应力来提升NMOS器件的性能，在P型金属氧化物半导体场效应管(PMOSFET，也叫PMOS)的沟道区引入压应力来提升PMOS器件的性能。应变硅与SOI技术相结合，发展出了多种材料结构，在这样的材料上制作的MOSFET具有应变硅和SOI技术共同带来的技术优势。

传统改变应力的方法工艺复杂，成本较高，引入的应力大小有限，应力大小不好控制，且容易产生大量位错缺陷。且现有悬浮结构的牺牲层是采用氢氟酸溶液湿法腐蚀去除的，在悬浮结构释放后，容易在液体的粘附力作用下发生顶层悬浮层与衬底接触的现象，使悬浮面积不能做得太大，应力增加程度较小。因此，提供一种便于调节悬浮应变薄膜应力的方法及结构以得到高质量大应力的纳米薄膜实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种应力可调的悬浮应变薄膜结构及其制备方法，用于解决现有技术中改变应力的方法工艺复杂、成本较高、引入应力大小有限、容易产生位错缺陷的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种应力可调的悬浮应变薄膜结构的制备方法，至少包括以下步骤：

S1：提供一自上而下依次包括顶层应变半导体层、埋氧层及半导体衬底的半导体结构，刻蚀所述顶层应变半导体层以在其中形成预设图形微结构及连接于所述微结构的基座；所述微结构包括一对平板及连接于该一对平板之间的至少一条中心桥线；所述平板的外端连接于所述基座；

S2：通过干法腐蚀去除所述微结构下方的埋氧层以释放所述微结构，使得所述平板应力弛豫，所述中心桥线应力增加。

可选地，于所述步骤S2中，通过氢氟酸蒸汽腐蚀系统对所述微结构下方的埋氧层进行干法腐蚀。

可选地，通过改变所述平板与所述中心桥线的面积比来控制所述中心桥线的应力增加程度。

可选地，所述平板在水平面上的投影面积是所述中心桥线在水平面上的投影面积的50～500倍。

可选地，所述微结构还包括一对外桥线，所述平板的外端通过所述外桥线连接于所述基座。

可选地，所述外桥线在水平面上的投影面积大于所述中心桥线在水平面上的投影面积。