一種絕緣體上應(yīng)變薄膜結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)應(yīng)變薄膜應(yīng)力的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，涉及一種絕緣體上應(yīng)變薄膜結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)應(yīng)變薄膜應(yīng)力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，采用傳統(tǒng)的縮小晶體管尺寸的方法來提高晶體管性能越來越受到成本和技術(shù)的限制。尋找新材料，新襯底，新器件結(jié)構(gòu)成為進(jìn)一步提高晶體管性能的首選。應(yīng)變硅技術(shù)通過在傳統(tǒng)的體硅器件中引入應(yīng)力可以提高載流子的遷移率，且應(yīng)變CMOS以體硅工藝為基礎(chǔ)不需要復(fù)雜的工藝，因而正在作為一種廉價(jià)且高效的技術(shù)得到越來越廣泛的應(yīng)用。
[0003]在應(yīng)變硅技術(shù)中，MOS晶體管(有時(shí)叫MOS管或MOS器件)溝道區(qū)的張應(yīng)力能夠提升電子的遷移率，壓應(yīng)力能夠提升空穴的遷移率。一般而言，在N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(NM0SFET，也叫NM0S)的溝道區(qū)引入張應(yīng)力來提升NMOS器件的性能，在P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(PM0SFET，也叫PM0S)的溝道區(qū)引入壓應(yīng)力來提升PMOS器件的性能。應(yīng)變硅與SOI技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展出了多種材料結(jié)構(gòu)，在這樣的材料上制作的MOSFET具有應(yīng)變硅和SOI技術(shù)共同帶來的技術(shù)。
[0004]鍺材料是一種能夠與集成電路工藝兼容的材料，基于鍺材料的高遷移率晶體管已經(jīng)在深亞微米集成電路技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用，絕緣體上鍺(GOI)是高端硅基襯底材料領(lǐng)域的一項(xiàng)最新開發(fā)成果，它對高性能CMOS IC以及光電探測器和太陽能電池都具有十分重要的意義。而基于鍺和鍺硅材料的光電探測器和光調(diào)制器同樣也得以在CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝平臺(tái)上得到了實(shí)現(xiàn)。鍺同硅一樣，也是間接帶隙的半導(dǎo)體材料，然而鍺材料能夠通過引入張應(yīng)變可以實(shí)現(xiàn)向直接帶隙的轉(zhuǎn)變，研究表明大于2%的張應(yīng)變就能夠使鍺材料轉(zhuǎn)變成完全直接帶隙材料。絕緣體上鍺硅(SGOI)結(jié)合了 SiGe和SOI的優(yōu)點(diǎn)，為研發(fā)新型的超高速、低功耗、抗福射、聞集成度娃基器件和芯片提供一種新的解決方案，在光電集成、系統(tǒng)級芯片等方面也有著重要的應(yīng)用前景。
[0005]傳統(tǒng)改變應(yīng)力的方法工藝復(fù)雜,成本較高，引入應(yīng)力大小有限,應(yīng)力大小不好控制，且容易產(chǎn)生大量位錯(cuò)缺陷。因此，提供一種便于調(diào)節(jié)應(yīng)變薄膜應(yīng)力的方法以得到高質(zhì)量大應(yīng)力的納米薄膜實(shí)屬必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種絕緣體上應(yīng)變薄膜結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)應(yīng)變薄膜應(yīng)力的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中改變應(yīng)力的方法工藝復(fù)雜、成本較高、引入應(yīng)力大小有限、容易產(chǎn)生位錯(cuò)缺陷的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種調(diào)節(jié)絕緣體上應(yīng)變薄膜應(yīng)力的方法，至少包括以下步驟:
[0008]S1:提供一自上而下依次包括頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層、埋氧層及半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，刻蝕所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層以在其中形成預(yù)設(shè)圖形微結(jié)構(gòu)；所述微結(jié)構(gòu)包括一主體及分布于所述主體邊緣的四條橋線；
[0009]S2:將所述微結(jié)構(gòu)下方的埋氧層腐蝕掉以釋放所述微結(jié)構(gòu)，使得所述主體發(fā)生弛豫并對所述橋線產(chǎn)生拉向中心的力。
[0010]可選地，于所述步驟S2之后，還包括切斷兩條相對的橋線的步驟，以增加另外兩條橋線的應(yīng)力。
[0011]可選地，采用聚焦離子束機(jī)切斷兩條相對的橋線。
[0012]可選地，四條橋線中，相對的兩條橋線在一條直線上。
[0013]可選地，所述主體在水平面上的投影為方形或菱形，四條橋線分別分布于所述主體的四個(gè)角上。
[0014]可選地，所述主體在水平面上的投影為圓形或橢圓形。
[0015]可選地，所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層的厚度為I?50納米。
[0016]可選地，于所述步驟SI中，采用各向異性干法刻蝕對所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層進(jìn)行刻蝕。
[0017]可選地，所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層為應(yīng)變硅層、應(yīng)變鍺層或應(yīng)變鍺硅層。
[0018]本發(fā)明還提供一種絕緣體上應(yīng)變薄膜結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底、形成于所述半導(dǎo)體襯底上的埋氧層及形成于所述埋氧層上的頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層；所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層中形成有預(yù)設(shè)圖形微結(jié)構(gòu)；所述微結(jié)構(gòu)包括一主體及分布于所述主體邊緣的至少兩條橋線；所述微結(jié)構(gòu)下方的埋氧層被挖空，所述微結(jié)構(gòu)處于懸空狀態(tài)；所述橋線處于拉伸狀態(tài)。
[0019]可選地，所述微結(jié)構(gòu)包括一主體及分布于所述主體邊緣的兩條橋線，且兩條橋線在一條直線上。
[0020]可選地，所述微結(jié)構(gòu)包括一主體及分布于所述主體邊緣的四條橋線，且相對的兩條橋線在一條直線上。
[0021]如上所述，本發(fā)明的一種絕緣體上應(yīng)變薄膜結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)應(yīng)變薄膜應(yīng)力的方法，具有以下有益效果:本發(fā)明通過圖形化在絕緣體上應(yīng)變半導(dǎo)體層中形成預(yù)設(shè)圖形微結(jié)構(gòu)，并通過腐蝕去除微結(jié)構(gòu)下方的埋氧層，使得微結(jié)構(gòu)懸空，得到了懸浮條件下頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層的應(yīng)力分布，從而改變頂層半導(dǎo)體層中微結(jié)構(gòu)本身的固有應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的調(diào)控。通過切斷微結(jié)構(gòu)的部分橋線，可以進(jìn)一步增加應(yīng)力，制備得到高質(zhì)量、大應(yīng)力的納米應(yīng)變薄膜。
【附圖說明】
[0022]圖1顯示為本發(fā)明的調(diào)節(jié)絕緣體上應(yīng)變薄膜應(yīng)力的方法中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。
[0023]圖2顯示為本發(fā)明的調(diào)節(jié)絕緣體上應(yīng)變薄膜應(yīng)力的方法中刻蝕頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層形成預(yù)設(shè)圖形微結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0024]圖3顯示為本發(fā)明的調(diào)節(jié)絕緣體上應(yīng)變薄膜應(yīng)力的方法中腐蝕掉微結(jié)構(gòu)下方的埋氧層以釋放微結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0025]圖4顯示為本發(fā)明的調(diào)節(jié)絕緣體上應(yīng)變薄膜應(yīng)力的方法中切斷兩條相對的橋線的示意圖。
[0026]元件標(biāo)號(hào)說明
[0027]I半導(dǎo)體襯底
[0028]2埋氧層
[0029]3頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層
[0030]4主體
[0031]5橋線
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0033]請參閱圖1至圖4。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0034]實(shí)施例一
[0035]本發(fā)明提供一種調(diào)節(jié)絕緣體上應(yīng)變薄膜應(yīng)力的方法，至少包括以下步驟:
[0036]步驟S1:提供一自上而下依次包括頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層、埋氧層及半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，刻蝕所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層以在其中形成預(yù)設(shè)圖形微結(jié)構(gòu)；所述微結(jié)構(gòu)包括一主體及分布于所述主體邊緣的四條橋線；
[0037]步驟S2:將所述微結(jié)構(gòu)下方的埋氧層腐蝕掉以釋放所述微結(jié)構(gòu)，使得所述主體發(fā)生弛豫并對所述橋線產(chǎn)生拉向中心的力。
[0038]首先請參閱圖1及圖2，執(zhí)行步驟S1:提供一自上而下依次包括頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層3、埋氧層2及半導(dǎo)體襯底I的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，圖1顯示為所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。然后刻蝕所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層3以在其中形成預(yù)設(shè)圖形微結(jié)構(gòu)；所述微結(jié)構(gòu)包括一主體4及分布于所述主體4邊緣的四條橋線5，圖2顯示為刻蝕之后得到的結(jié)構(gòu)的俯視示意圖，其中所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層3被刻蝕掉的位置露出所述埋氧層2。
[0039]具體的，所述半導(dǎo)體襯底I可以為S1、Ge、藍(lán)寶石等常規(guī)半導(dǎo)體，所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層3包括但不限于應(yīng)變S1、應(yīng)變Ge、應(yīng)變SiGe等應(yīng)變材料層，所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層3的厚度為I?50納米。作為示例，所述半導(dǎo)體襯底I為Si襯底，所述埋氧層2為240納米厚的二氧化硅層，所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層3為0.6%張應(yīng)變的應(yīng)變硅，所述應(yīng)變硅的厚度優(yōu)選為20納米。
[0040]具體的，首先利用掩膜版進(jìn)行光刻，并進(jìn)行顯影等操作在所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層3表面形成微結(jié)構(gòu)圖形，然后對所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層3進(jìn)行刻蝕得到所述微結(jié)構(gòu).具體流程為:先將所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在100°C下前烘3分鐘，然后在所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層3表面均勻涂上光刻膠，后烘時(shí)間為3秒，然后利用光刻機(jī)進(jìn)行對準(zhǔn)和曝光，曝光時(shí)間為10秒，接著進(jìn)行顯影，顯影時(shí)間為11秒，利用顯微鏡觀察微結(jié)構(gòu)圖形線條完整，圖形完好。再利用ICP高密度等離子體刻蝕機(jī)對所述頂層應(yīng)變半導(dǎo)體層3進(jìn)行各向異性干法刻蝕，刻蝕時(shí)間為22秒，形成微結(jié)構(gòu)娃島。
[0041]如圖2所示，所述微結(jié)構(gòu)包括一主體4及分布于所述主體4邊緣的四條橋線5。所述主體4在水平面上的投影可以為圓形、橢圓形、方形或菱形。本實(shí)施例中，所述主體4在水平面上的投影以方形為例，四條橋線分別分布于所述主體的四個(gè)角上。具體的，四條橋線中，相對的兩條橋線