[发明专利]基于氮化硅应力薄膜与尺度效应的晶圆级单轴应变GeOI的制作方法

摘要

本发明公开了一种基于氮化硅应力薄膜与尺度效应的晶圆级单轴应变GeOI的制作方法，其实现步骤为：1.对绝缘层上锗GeOI晶圆进行清洗，并进行He离子注入；2.在离子注入后的GeOI晶圆顶层Ge层上淀积‑1GPa以上的压应力SiN薄膜或1GPa以上的张应力SiN薄膜，并刻蚀SiN薄膜成条形阵列；3.对带有SiN薄膜阵列的GeOI晶圆进行退火；4.腐蚀去除GeOI晶圆表面上的SiN薄膜阵列，得到晶圆级单轴应变GeOI材料。本发明利用SiO2埋绝缘层在条形SiN薄膜阵列作用下的单轴拉伸或单轴压缩塑性形变在顶层Ge层引入应变，与现有工艺兼容，可制作用于光电集成、系统级芯片所需的GeOI晶圆。

主权项

1.基于氮化硅应力薄膜与尺度效应的晶圆级单轴应变GeOI的制作方法，包括如下步骤：(1)对绝缘层上锗GeOI晶圆进行清洗，该GeOI晶圆包括顶层Ge层、SiO2埋绝缘层和Si衬底三层结构；(2)对清洗过的GeOI晶圆进行He离子注入，即将He离子注入到GeOI晶圆的SiO2埋绝缘层与Si衬底界面处；(3)在离子注入后的GeOI晶圆顶层Ge上采用PECVD工艺淀积‑1GPa以上的压应力SiN薄膜或1GPa以上的张应力SiN薄膜；(4)利用半导体光刻和干法刻蚀工艺，对SiN薄膜进行条形图形化，形成条宽和间距均为0.12μm～0.18μm的条形SiN薄膜阵列，用以消除宽度方向的应力，得到只有长度方向应力的氮化硅压应力条或张应力条，使顶层Ge层和SiO2埋绝缘层发生整体的单轴拉伸形变或单轴压缩形变，进而导致GeOI晶圆转变为晶圆级的单轴应变GeOI；(5)对顶层Ge表面形成条形SiN薄膜阵列的GeOI晶圆进行退火，使SiN薄膜的应力进一步增强，并使SiO2埋绝缘层发生塑性形变，保证SiN薄膜去除后顶层Ge层应力不消失；(6)通过湿法腐蚀去除GeOI晶圆表面上的条形SiN薄膜阵列，最终得到晶圆级单轴张应变GeOI或单轴压应变GeOI材料。