應力可調的懸浮應變薄膜結構及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體領域，涉及一種應力可調的懸浮應變薄膜結構及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著集成電路產業的發展，在目前極大規模的納米技術時代中，需要進一步提高芯片的集成度和工作性能，而現有的體硅材料和工藝正接近它們的物理極限，在進一步減小集成電路的特征尺寸方面越來越受到成本和技術的限制。尋找新材料、新襯底、新器件結構成為進一步提高晶體管性能的首選。SOI技術與應變硅技術成為納米技術時代取代現有單晶娃材料的兩大解決方案，是維持Moore定律走勢的兩大利器。
[0003]應變硅技術通過在傳統的體硅器件中引入應力可以提高載流子的遷移率，且應變CMOS以體硅工藝為基礎不需要復雜的工藝，因而正在作為一種廉價且高效的技術得到越來越廣泛的應用。在應變硅技術中，M0S晶體管(有時叫M0S管或M0S器件)溝道區的張應力能夠提升電子的遷移率，壓應力能夠提升空穴的遷移率。一般而言，在N型金屬氧化物半導體場效應管(NM0SFET，也叫NM0S)的溝道區引入張應力來提升NM0S器件的性能，在P型金屬氧化物半導體場效應管(PM0SFET，也叫PM0S)的溝道區引入壓應力來提升PM0S器件的性能。應變硅與SOI技術相結合，發展出了多種材料結構，在這樣的材料上制作的M0SFET具有應變硅和S0I技術共同帶來的技術優勢。
[0004]傳統改變應力的方法工藝復雜，成本較高,引入的應力大小有限，應力大小不好控制，且容易產生大量位錯缺陷。且現有懸浮結構的犧牲層是采用氫氟酸溶液濕法腐蝕去除的，在懸浮結構釋放后，容易在液體的粘附力作用下發生頂層懸浮層與襯底接觸的現象，使懸浮面積不能做得太大，應力增加程度較小。因此，提供一種便于調節懸浮應變薄膜應力的方法及結構以得到高質量大應力的納米薄膜實屬必要。
【發明內容】
[0005]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種應力可調的懸浮應變薄膜結構及其制備方法，用于解決現有技術中改變應力的方法工藝復雜、成本較高、引入應力大小有限、容易產生位錯缺陷的問題。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種應力可調的懸浮應變薄膜結構的制備方法，至少包括以下步驟:
[0007]S1:提供一自上而下依次包括頂層應變半導體層、埋氧層及半導體襯底的半導體結構，刻蝕所述頂層應變半導體層以在其中形成預設圖形微結構及連接于所述微結構的基座；所述微結構包括一對平板及連接于該一對平板之間的至少一條中心橋線；所述平板的外端連接于所述基座；
[0008]S2:通過干法腐蝕去除所述微結構下方的埋氧層以釋放所述微結構，使得所述平板應力弛豫，所述中心橋線應力增加。
[0009]可選地，于所述步驟S2中，通過氫氟酸蒸汽腐蝕系統對所述微結構下方的埋氧層進行干法腐蝕。
[0010]可選地，通過改變所述平板與所述中心橋線的面積比來控制所述中心橋線的應力增加程度。
[0011]可選地，所述平板在水平面上的投影面積是所述中心橋線在水平面上的投影面積的50?500倍。
[0012]可選地，所述微結構還包括一對外橋線，所述平板的外端通過所述外橋線連接于所述基座。
[0013]可選地，所述外橋線在水平面上的投影面積大于所述中心橋線在水平面上的投影面積。
[0014]可選地，所述平板在水平面上的投影為正方形、矩形、菱形、圓形或橢圓形。
[0015]可選地，所述中心橋線為納米線，所述納米線的寬度范圍是1?lOOOnm。
[0016]可選地，所述頂層應變半導體層為張應變或壓應變薄膜。
[0017]可選地，所述頂層應變半導體層為應變硅層、應變鍺層或應變鍺硅層。
[0018]可選地，于所述步驟S2中，所述中心橋線的應力增加2?5倍。
[0019]本發明還提供一種應力可調的懸浮應變薄膜結構，至少包括:半導體襯底、形成于所述半導體襯底上的埋氧層及形成于所述埋氧層上的頂層應變半導體層；所述頂層應變半導體層中形成有預設圖形微結構及連接于所述微結構的基座；所述微結構包括一對平板及連接于該一對平板之間的至少一條中心橋線；所述平板的外端連接于所述基座；所述微結構下方的埋氧層被挖空，使所述微結構處于懸空狀態；所述平板處于應力弛豫狀態，所述中心橋線處于應力增加狀態。
[0020]可選地，所述微結構還包括一對外橋線，所述平板的外端通過所述外橋線連接于所述基座。
[0021]可選地，所述頂層應變半導體層為張應變或壓應變薄膜。
[0022]可選地，所述頂層應變半導體層為應變硅層、應變鍺層或應變鍺硅層。
[0023]可選地，所述中心橋線為納米線，所述納米線的寬度范圍是1?lOOOnm。
[0024]可選地，所述平板在水平面上的投影面積是所述中心橋線在水平面上的投影面積的50?500倍。
[0025]如上所述，本發明的應力可調的懸浮應變薄膜結構及其制備方法，具有以下有益效果:本發明通過彈性變形機制和圖形化改變頂層應變半導體層本身的固有應力，使得部分微結構區域應力弛豫，而另一部分微結構區域應力增加，從而實現應力大小及應力區域的調控，在絕緣體上應變半導體材料結構上制備高質量、大應變的應變納米線。本發明中通過使用氫氟酸蒸汽腐蝕系統對埋氧層進行干法腐蝕從而釋放所述微結構，可以避免產生濕法腐蝕后引起的粘附力導致微結構坍塌的問題。本發明還可通過改變所述平板與所述中心橋線的面積比來控制所述中心橋線的應力增加程度，工藝簡單高效。本發明的懸浮應變薄膜結構中的納米線具有高質量、大應變的特點，為新型半導體器件材料或微機電器件(MEMS)材料提供了一種良好的選擇。
【附圖說明】
[0026]圖1顯示為本發明的應力可調的懸浮應變薄膜結構的制備方法中提供的半導體結構的剖面示意圖。
[0027]圖2顯示為本發明的應力可調的懸浮應變薄膜結構的制備方法中刻蝕頂層應變半導體層以形成預設圖形微結構的俯視示意圖。
[0028]圖3顯示為本發明的應力可調的懸浮應變薄膜結構的制備方法中通過干法腐蝕去除微結構下方的埋氧層以釋放所述微結構的俯視示意圖。
[0029]圖4顯示為圖3所示結構的立體圖。
[0030]圖5顯示為本發明的應力可調的懸浮應變薄膜結構的制備方法中刻蝕頂層應變半導體層以形成另一圖形微結構的俯視示意圖。
[0031]圖6顯示為本發明的應力可調的懸浮應變薄膜結構的制備方法中釋放微結構后的薄膜形變位移分布圖。
[0032]元件標號說明
[0033]1 頂層應變半導體層
[0034]2 埋氧層
[0035]3 半導體襯底
[0036]4 基座
[0037]5 平板
[0038]6 中心橋線
[0039]7 外橋線
【具體實施方式】
[0040]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0041]請參閱圖1至圖6。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0042]實施例一
[0043]本發明提供一種應力可調的懸浮應變薄膜結構的制備方法，至少包括以下步驟:
[0044]步驟S1:提供一自上而下依次包括頂層應變半導體層、埋氧層及半導體襯底的半導體結構，刻蝕所述頂層應變半導體