專利名稱：機(jī)械致單軸應(yīng)變soi晶圓的制作方法
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(shuō)是一種單軸應(yīng)變SOI (Silicon On hsulater，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晶圓的電子遷移率與空穴遷移率，克服傳統(tǒng)雙軸應(yīng)變SOI遷移率提升的高場(chǎng)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(wú)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。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)。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(zhǎng)一厚弛豫SiGe層作為虛襯底，再在弛豫SiGe層上外延生長(zhǎng)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(kāi)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(jiàn)[l]c. Himcinschi.，I. Radu，F(xiàn). Muster, R. Si02gh, Μ. Reiche, Μ. Petzold, U. Go “ sele, S. H. Christiansen, Uniaxially strained sil icon by wafer bonding and layer transfer, Sol id-State Electronics,51 (2007) 226-230 ; [2] C. Himcinschi, M. Reiche, R. Scholz, S. H. Christiansen, and U. Gosele , Compressive uniaxially strained silicon on insulator by prestrained wafer bonding and layer transferAPPLIED, PHYSICS LETTERS 90，231909 Q007)。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(guò)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(guò)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200oC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°C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°C，否則將在彎曲退火過(guò)程中發(fā)生剝離，使Si片破碎。3)制作周期長(zhǎng)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
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出一種機(jī)械致單軸應(yīng)變SOI晶圓的制作方法，以降低應(yīng)變SOI晶圓的制作成本、提高應(yīng)變SOI器件與集成電路的散熱性能、 絕緣性能和集成度，滿足微電子技術(shù)領(lǐng)域、特別是超高速、低功耗、抗輻照及大功率器件與集成電路對(duì)應(yīng)變SOI晶圓的需求。采用如下技術(shù)方案一種機(jī)械致單軸應(yīng)變SOI晶圓的制作方法，包括以下步驟1)S0I晶圓頂層Si層面向上或向下放置在弧形彎曲臺(tái)上；幻兩根圓柱形壓桿分別水平放置在SOI晶圓兩端，距 SOI邊緣lcm;3)緩慢旋動(dòng)連接壓桿的螺帽，使SOI晶圓沿弧形臺(tái)面逐漸彎曲，直至SOI晶圓完全與弧形臺(tái)面貼合；4)載有SOI晶圓的弧形彎曲臺(tái)放置在退火爐中進(jìn)行退火，退火溫度在200°C至1250°C范圍內(nèi)可任意選擇。例如，可在200V下退火10小時(shí)，也可在800V下退火2. 5小時(shí)；5)退火結(jié)束后緩慢降溫至室溫，取出載有SOI片的弧形彎曲臺(tái)；6)旋動(dòng)連接壓桿的螺帽，將壓桿緩慢提升，直至彎曲的SOI晶圓回復(fù)原狀。載有SOI晶圓的彎曲臺(tái)在退火爐中進(jìn)行退火的溫度最低為200°C，以保證SOI晶圓中的SW2埋絕緣層在此過(guò)程中的形變能夠超過(guò)其屈服強(qiáng)度，發(fā)生塑性形變；最高退火溫度為1250°C，接近Si的熔點(diǎn)；但最高退火溫度不得高于機(jī)械彎曲臺(tái)的形變溫度。所述的的制作方法，所述的弧形彎曲臺(tái)的曲率半徑可從1. ail到0. !連續(xù)變化，其對(duì)應(yīng)制作不同應(yīng)變量的單軸應(yīng)變SOI晶圓。所述的的制作方法，所述步驟4)的退火工藝為在200°C下退火10小時(shí)；或者在 800°C下退火2. 5小時(shí)；或者在1250°C下退火1. 5小時(shí)。所述的的制作方法，所述SOI晶圓為3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸、16英寸的SOI晶圓。本發(fā)明的技術(shù)原理成品的SOI片頂層Si層面向上放置在圓弧形臺(tái)面上進(jìn)行機(jī)械彎曲，然后熱退火。 根據(jù)材料彈塑性力學(xué)原理，受長(zhǎng)時(shí)間彎曲形變熱處理的作用，處于SOI晶圓中性面上部的 SiO2層和頂層Si層將沿彎曲方向發(fā)生單軸拉伸形變，其晶格常數(shù)將變大，即發(fā)生所謂的單軸張應(yīng)變。同時(shí)，在SOI晶圓內(nèi)部?jī)?chǔ)存了一定的彈性勢(shì)能。當(dāng)退火結(jié)束去除機(jī)械外力后，在此彈性勢(shì)能作用下，SOI晶圓會(huì)發(fā)生回彈，即由彎曲狀態(tài)回復(fù)到原態(tài)，如圖3所示。但復(fù)原的SOI晶圓中頂層Si層卻保留了一定量的張應(yīng)變。這是因?yàn)樵趶澢鸁嵬嘶鹛幚頃r(shí)，設(shè)定了合適的退火溫度與時(shí)間，保證所施加的機(jī)械外力能超過(guò)SiO2層的屈服強(qiáng)度但小于Si襯底的屈服強(qiáng)度，使SW2層發(fā)生塑性形變，而Si襯底始終是彈性形變。塑性形變的SiO2埋絕緣層在SOI晶圓回彈復(fù)原時(shí)不可能完全回彈，仍保持一定量的張應(yīng)變。而頂層Si層受塑性形變SW2埋絕緣層的拉持作用，也不能完全回彈，最終形成單軸張應(yīng)變SOI晶圓。同理，若將SOI晶圓頂層Si層面向下放置在圓弧形臺(tái)面上進(jìn)行機(jī)械彎曲與熱退火，由于頂層Si層處于SOI晶圓中性面的下部，在彎曲退火時(shí)其晶格將被壓縮，晶格常數(shù)變小，最終可得到單軸壓應(yīng)變SOI晶圓。相對(duì)于現(xiàn)有單軸應(yīng)變SOI技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.應(yīng)變效果好與現(xiàn)有相似的技術(shù)相比，同樣彎曲度下，本發(fā)明的應(yīng)變量高，因而可獲得更高的電子遷移率和空穴遷移率。2.表面粗糙度小本發(fā)明無(wú)需通過(guò)剝離工藝制作應(yīng)變S0I，因而其頂層Si薄膜單晶的表面粗糙度遠(yuǎn)小于與現(xiàn)有的相似技術(shù)。3.表面缺陷少與傳統(tǒng)基于SiGe虛襯底的雙軸壓應(yīng)變SOI晶圓片相比，本發(fā)明無(wú)需異質(zhì)外延生長(zhǎng)SiGe虛擬襯底，沒(méi)有異質(zhì)外延生長(zhǎng)所形成的失配位錯(cuò)。4.熱性能良好與傳統(tǒng)CVD(化學(xué)氣相淀積)外延制作的基于SiGe虛襯底的應(yīng)變 SOI晶圓相比，本發(fā)明制作的單軸應(yīng)變SOI晶圓沒(méi)有厚厚的SiGe緩沖層，既可大大降低器件與電路的熱開(kāi)銷，又有利于其器件與電路的散熱。5.電學(xué)性能高與傳統(tǒng)基于SiGe虛襯底的雙軸應(yīng)變SOI晶圓相比，本發(fā)明制作的應(yīng)變SOI晶圓是單軸應(yīng)變，因而其器件與電路的電子和遷移率性能增強(qiáng)不僅高，且在高電場(chǎng)下不退化。6.成品率高現(xiàn)有技術(shù)采用兩片Si晶圓進(jìn)行鍵合彎曲退火，并在彎曲狀態(tài)下通過(guò)高溫剝離來(lái)獲取單軸應(yīng)變S0I，因而Si片非常容易破碎。而本發(fā)明僅用一片成品的SOI晶圓進(jìn)行彎曲退火來(lái)獲得單軸應(yīng)變SOI，不易破碎，因而成品率高。7.退火溫度范圍大相對(duì)現(xiàn)有單軸應(yīng)變SOI技術(shù)的200°C到300°C退火溫度范圍， 本發(fā)明的退火溫度從最低的200°C到最高的1250°C，可任意選擇。8.制作工藝簡(jiǎn)單與現(xiàn)有相似的技術(shù)相比，沒(méi)有熱氧化、離子注入、高溫剝離等額外的工藝，僅有機(jī)械彎曲與熱退火兩道工藝過(guò)程。9.設(shè)備少且可自制只需彎曲臺(tái)和退火爐兩臺(tái)設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，而且彎曲臺(tái)可自制。10.制作成本低由于制作工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，因而制作成本低。11.原料易得與現(xiàn)有相似技術(shù)不同，本發(fā)明采用成品SOI晶圓，在市場(chǎng)上可隨時(shí)成批購(gòu)買，大大降低了工藝復(fù)雜性和設(shè)備成本。
圖1為現(xiàn)有單軸張應(yīng)變SOI原理與工藝步驟；圖2為現(xiàn)有單軸壓應(yīng)變SOI原理與工藝步驟；圖3為本發(fā)明單軸張應(yīng)變SOI晶圓制作原理及工藝步驟；圖4為本發(fā)明單軸壓應(yīng)變SOI晶圓制作原理及工藝步驟；I-Si襯底，2-SiO2埋絕緣層，3-頂層Si層。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1 :4英寸單軸應(yīng)變SOI晶圓的制備USOI晶圓片選擇4英寸(100)或(110)晶圓片((100)或(110)指的是SOI晶圓晶體表面的某個(gè)晶面)，Si襯底厚0. 4mm, SiO2埋絕緣層厚500nm，頂層Si厚500nm。SOI晶圓直徑選擇S0I晶圓的直徑越大，其彎曲的最小彎曲半徑就越小，得到的單軸應(yīng)變SOI晶圓的應(yīng)變量也就越大，最終單軸應(yīng)變SOI晶圓的電子遷移率和空穴遷移率的增強(qiáng)也就越高。對(duì)于本發(fā)明所制作的基于SiO2埋絕緣層的單軸應(yīng)變SOI晶圓而言，根據(jù)其SOI器件與電路的不同工藝，可選擇從3英寸到16英寸的不同直徑SOI晶圓片。SOI晶圓晶面與晶向選擇對(duì)于本發(fā)明所制作的張應(yīng)變SOI晶圓而言，應(yīng)選擇 (100)晶面，彎曲方向應(yīng)選擇<110>晶向(<110>指的是晶圓片表面的某個(gè)晶向，通常也是器件的溝道方向)，可獲得最大的電子遷移率提升。對(duì)于本發(fā)明所制作的壓應(yīng)變SOI晶圓而言，應(yīng)選擇(110)晶面，彎曲方向應(yīng)選擇<100>晶向，可獲得最大的空穴遷移率提升。SOI晶圓Si襯底厚度選擇Si襯底的厚度越薄，其SOI晶圓的最小彎曲半徑就小， 得到的單軸張應(yīng)變SOI晶圓的應(yīng)變量也就越大。對(duì)于本發(fā)明所制作的基于SiOjI絕緣層的單軸應(yīng)變SOI晶圓而言，根據(jù)其SOI器件與電路的不同結(jié)構(gòu)及其工藝，可選擇不同Si襯底厚度的SOI晶圓。SOI晶圓頂層Si層厚度選擇根據(jù)其SOI器件與電路的不同結(jié)構(gòu)，可選擇不同頂層Si層厚度的SOI晶圓片。若本發(fā)明所制作的基于SiA埋絕緣層的張應(yīng)變SOI晶圓應(yīng)用于PD (半耗盡)SOI器件與電路，則要求頂層Si厚度在150nm-500nm之間；若應(yīng)用于FD (全耗盡)應(yīng)變SOI器件與電路，則要求頂層Si厚度在10nm-50nm之間；SOI晶圓片SiO2埋絕緣層厚度選擇根據(jù)SOI器件與電路的不同結(jié)構(gòu)，可選擇不同 SiO2絕緣層厚度的SOI晶圓片。若本發(fā)明所制作的基于SiA埋絕緣層的張應(yīng)變SOI晶圓應(yīng)用于PD SOI器件與電路，則要求SiO2絕緣層厚度在200nm-400nm之間；若應(yīng)用于FD SOI 器件與電路，則要求SW2絕緣層厚度在50nm-200nm之間；彎曲臺(tái)材料選擇彎曲臺(tái)材料主要是根據(jù)退火溫度來(lái)選擇，要保證彎曲臺(tái)在最高退火溫度下不變形。對(duì)于本發(fā)明所采用的基于S^2埋絕緣層的SOI晶圓而言，其最高退火溫度為1250°C，因此彎曲臺(tái)材料應(yīng)采用耐高溫的金屬鉬。2、彎曲臺(tái)曲率半徑選擇根據(jù)選擇的SOI晶圓片，選擇彎曲臺(tái)曲率半徑為lm。彎曲臺(tái)的曲率半徑是根據(jù)SOI晶圓片的直徑和厚度來(lái)選擇。相同SOI晶圓片尺寸下，薄SOI晶圓片的最小彎曲半徑比厚SOI晶圓片的要小。相同厚度下，大尺寸SOI晶圓的最小彎曲半徑比小尺寸SOI晶圓片的要小。對(duì)于本發(fā)明所制作的基于SiA埋絕緣層的張應(yīng)變SOI晶圓而言，其3英寸SOI晶圓的彎曲半徑范圍為0. 6m-l. 2m，其4英寸SOI晶圓的彎曲半徑范圍為0. 5m-1. 2m，其6英寸SOI晶圓的彎曲半徑范圍為0. 55m_l. 2m，其8英寸SOI晶圓彎曲半徑范圍為0. 45m-1. 2m，，其12英寸SOI晶圓彎曲半徑范圍為0. 4m-1. 2m。3、SOI晶圓片彎曲工藝步驟1)將SOI晶圓片頂層Si層面向上(或向下，向上為張應(yīng)變，如圖3，向下為壓應(yīng)變， 如圖4，下同)放置在弧形彎曲臺(tái)上，其彎曲方向與<110>或<100>方向平行；2)彎曲臺(tái)上的兩根圓柱形水平壓桿分別水平放置在SOI晶圓片兩端，距離其邊緣 1厘米；3)旋動(dòng)彎曲臺(tái)上其中一個(gè)壓桿的頂桿螺帽，使SOI晶圓片一端先固定；
4)再緩慢旋動(dòng)另一個(gè)壓桿的頂桿螺帽，使SOI晶圓片沿弧形彎曲臺(tái)臺(tái)面逐漸彎曲，直至SOI晶圓片完全與弧形彎曲臺(tái)臺(tái)面完全貼合。4、退火工藝步驟1)退火溫度200°C ；2)升溫速率5°C /分鐘；3)退火時(shí)間10小時(shí)；4)降溫速率:5V /分鐘；5、卸架待爐溫降至室溫，取出彎曲臺(tái)。同時(shí)緩慢旋動(dòng)彎曲臺(tái)兩端兩個(gè)壓桿的頂桿螺帽，使水平壓桿同時(shí)緩慢提升，直至壓桿完全脫離SOI晶圓片。通過(guò)上述工藝步驟，可得到4英寸單軸應(yīng)變SOI晶圓片。實(shí)施例2 6英寸單軸應(yīng)變SOI晶圓的制備USOI晶圓片選擇6英寸(100)或(110)晶面，Si襯底厚0. 55mm，SiO2埋絕緣層厚300nm，頂層Si層厚50nm。2、彎曲曲率半徑選擇根據(jù)選擇的SOI晶圓片，選擇彎曲臺(tái)曲率半徑為0. 75m。3、SOI晶圓片彎曲工藝步驟1)將SOI晶圓片頂層Si面向上(或向下)放置在清潔的彎曲臺(tái)上，其<110>或 <100>方向與彎曲方向平行，如圖3或圖4所示；2)彎曲臺(tái)上的兩根圓柱形水平壓桿分別水平放置在SOI晶圓片兩端，距離其邊緣 1厘米；3)旋動(dòng)彎曲臺(tái)上其中一個(gè)壓桿的頂桿螺帽，使SOI晶圓片一端先固定；4)再緩慢旋動(dòng)另一個(gè)壓桿的頂桿螺帽，使SOI晶圓片沿弧形彎曲臺(tái)臺(tái)面逐漸彎曲，直至SOI晶圓片完全與弧形彎曲臺(tái)臺(tái)面完全貼合。4、退火工藝步驟1)退火溫度800°C ；2)升溫速率4°C /分鐘；3)退火時(shí)間2. 5小時(shí)；4)降溫速率4°C /分鐘；5、卸架待爐溫降至室溫，取出彎曲臺(tái)。同時(shí)緩慢旋動(dòng)彎曲臺(tái)兩端兩個(gè)壓桿的頂桿螺帽，使水平壓桿同時(shí)緩慢提升，直至壓桿完全脫離SOI晶圓片。通過(guò)上述工藝步驟，可得到6英寸單軸應(yīng)變SOI晶圓片。實(shí)施例3 8英寸單軸應(yīng)變SOI晶圓的制備USOI晶圓片選擇8英寸(100)或(110)晶面，Si襯底厚0. 68mm, SiO2埋絕緣層厚 lOOOnm，頂層 Si 層厚 IOOOnm02、彎曲曲率半徑選擇根據(jù)選擇的SOI晶圓片，選擇彎曲臺(tái)曲率半徑為0. 5m。3、SOI晶圓片彎曲工藝步驟1)將SOI晶圓片頂層Si層面向上(或向下)放置在弧形彎曲臺(tái)上，其彎曲方向與 <110>或<100>方向平行，如圖3或圖4所示；2)彎曲臺(tái)上的兩根圓柱形水平壓桿分別水平放置在SOI晶圓片兩端，距離其邊緣 1厘米；
3)旋動(dòng)彎曲臺(tái)上其中一個(gè)壓桿的頂桿螺帽，使SOI晶圓片一端先固定；4)再緩慢旋動(dòng)另一個(gè)壓桿的頂桿螺帽，使SOI晶圓片沿弧形彎曲臺(tái)臺(tái)面逐漸彎曲，直至SOI晶圓片完全與弧形彎曲臺(tái)臺(tái)面完全貼合。4、退火工藝步驟1)退火溫度1250°C ；2)升溫速率3°C /分鐘；3)退火時(shí)間1. 5小時(shí);4)降溫速率3°C /分鐘；5、卸架待爐溫降至室溫，取出彎曲臺(tái)。同時(shí)緩慢旋動(dòng)彎曲臺(tái)兩端兩個(gè)壓桿的頂桿螺帽，使水平壓桿同時(shí)緩慢提升，直至壓桿完全脫離SOI晶圓片。通過(guò)上述工藝步驟，可得到8英寸單軸應(yīng)變SOI晶圓片。為了使本發(fā)明的敘述更清晰，以下將對(duì)諸多細(xì)節(jié)作出具體說(shuō)明。例如具體結(jié)構(gòu)、成分、材料、尺寸、工藝過(guò)程和技術(shù)。本發(fā)明所用弧形彎曲臺(tái)采用金屬鉬材料，這是為了保證彎曲臺(tái)在最高退火溫度下不變形。除此之外，本發(fā)明所用彎曲臺(tái)也可采用其他易于機(jī)械加工、光潔度較高和耐高溫的一切材質(zhì)來(lái)制作。本發(fā)明應(yīng)變SOI晶圓底部半導(dǎo)體襯底1也可以是其他半導(dǎo)體材料，如Ge、GaAs等所有可能的半導(dǎo)體材料。本發(fā)明應(yīng)變SOI晶圓頂層半導(dǎo)體材料3不限于Si半導(dǎo)體材料，也可是SiGe、Ge、 GaAs等所有適合制作SOI晶圓頂層半導(dǎo)體薄膜的半導(dǎo)體材料。任何工藝方法制作的SOI晶圓片均適于本發(fā)明制作單軸應(yīng)變SOI晶圓，這些工藝方法包括智能剝離(Smart-cut)、注氧隔離(SIMOX)、鍵合與背腐蝕(BESOI)、層轉(zhuǎn)移 (ELRANT)、基于SOI晶圓的外延生長(zhǎng)等。本發(fā)明彎曲退火溫度和退火時(shí)間的選取原則是，保證SOI晶圓結(jié)構(gòu)中SW2薄膜在退火過(guò)程中發(fā)生塑性形變，但SOI晶圓中的Si襯底在退火中只能發(fā)生彈性形變。因此，根據(jù)SiO2薄膜的材料熱力學(xué)特性，其最低退火溫度不得低于200°C。-而根據(jù)SOI晶圓片的 Si襯底材料的熱力學(xué)特性，其最高退火溫度可達(dá)1250°c，接近Si的熔點(diǎn)。但最高退火溫度必須考慮彎曲臺(tái)材料的熱力學(xué)性能，不能高于其形變溫度。本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明和描述均基于優(yōu)選試驗(yàn)方案，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，上述和其他形式和細(xì)節(jié)的變化并不會(huì)偏離本發(fā)明的本質(zhì)和范圍。對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來(lái)說(shuō)，在了解了本發(fā)明內(nèi)容和原理后，能夠在不背離本發(fā)明的原理和范圍的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修正和改變，但是這些基于本發(fā)明的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械致單軸應(yīng)變SOI晶圓的制作方法，其特征在于，包括以下步驟1)S0I晶圓頂層Si層面向上或向下放置在弧形彎曲臺(tái)上；幻兩根圓柱形不銹鋼壓桿分別水平放置在 SOI晶圓兩端，距SOI晶圓邊緣Icm ；3)緩慢旋動(dòng)連接壓桿的螺帽，使SOI晶圓沿弧形臺(tái)面逐漸彎曲，直至SOI晶圓完全與弧形臺(tái)面貼合；4)載有SOI晶圓的弧形彎曲臺(tái)放置在退火爐中進(jìn)行退火，退火溫度在200°C至1250°C范圍內(nèi)可任意選擇力)退火結(jié)束后緩慢降溫至室溫，取出載有SOI晶圓的弧形彎曲臺(tái)；6)旋動(dòng)連接壓桿的螺帽，將壓桿緩慢提升，直至彎曲的SOI晶圓回復(fù)原狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的制作方法，其特征在于，所述的彎曲臺(tái)的曲率半徑可從 1. !到ο. ^!連續(xù)變化，其對(duì)應(yīng)制作不同應(yīng)變量的單軸應(yīng)變SOI晶圓；彎曲臺(tái)材料采用金屬鉬材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的制作方法，其特征在于，所述步驟4)的退火工藝為在 200°C下退火10小時(shí)；或者在800°C下退火2. 5小時(shí)；或者在1250°C下退火1. 5小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的制作方法，其特征在于，所述SOI晶圓為3英寸、4英寸、5 英寸、6英寸、8英寸、12英寸、16英寸的SOI晶圓。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種機(jī)械致單軸應(yīng)變SOI晶圓的制作方法，包括以下步驟1)SOI晶圓頂層Si層面向上或向下放置在弧形彎曲臺(tái)上；2)兩根圓柱形不銹鋼壓桿分別水平放置在SOI晶圓兩端，距SOI晶圓邊緣1cm；3)緩慢旋動(dòng)連接壓桿的螺帽，使SOI晶圓沿弧形臺(tái)面逐漸彎曲，直至SOI晶圓完全與弧形臺(tái)面貼合；4)載有SOI晶圓的弧形彎曲臺(tái)放置在退火爐中進(jìn)行退火；5)退火結(jié)束后緩慢降溫至室溫，取出載有SOI晶圓片的弧形彎曲臺(tái)；6)旋動(dòng)連接壓桿的螺帽，將壓桿緩慢提升，直至彎曲的SOI晶圓回復(fù)原狀。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)應(yīng)變效果好；2)表面粗糙度?。?)表面缺陷少；4)熱性能良好；5)電學(xué)性能高；6)成品率高；7)退火溫度范圍大；8)制作工藝簡(jiǎn)單；9)制作設(shè)備少且可自制；10)制作成本低；11)原料易得。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102437085SQ20111036151
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者付毅初, 寧?kù)o, 張鶴鳴, 戴顯英, 李志 , 查冬, 王曉晨, 王琳, 郝躍 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)