晶圆级单轴应变soi制作新工艺及相关效应研究

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1、硕士学位论文＿Ｂｍｌ晶圆级单轴应变ＳＯＩ制作新工艺ｌｆ／Ｈ及相关效应研究ｐｌ作者姓名梁彬ｐ学校导师姓名、职称戴显英教授Ｓ企业导师姓名、职称赵吉成高工申请学位别工硕士西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含一为获得西安电子科技大学或其它教育机构的

2、学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同事对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处。，本人承担切法律责任梁振日期．本人签名：ｌ〇ｎＵ夕：．西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定：研宄生在，即校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保

3、证，结合学位论文研宄成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。＿本人签名：：＿导师签名－ｘｊ？）６．：日期：ｌ日期＼＜学校代码10701学号1411122738分类号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文晶圆级单轴应变SOI制作新工艺及相关效应研究作者姓名：梁彬领域：集成电路工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：戴显英教授企业导师姓名、职称：赵吉成高工学院：微电子学院提交日期：2017年4月Studyofanewmetho

4、dandrelatedeffectsforwaferleveluniaxialstrainSOIAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinIntegratedCircuitEngineeringByLiangBinSupervisor:DaiXianYingTitle:ProfessorSupervisor:ZhaoJiChengTitle:SeniorEngineerApri

5、l2017摘要摘要随着工艺尺寸的缩减，体Si(硅)材料的缺点逐渐暴露出来，成为制约集成电路性能的主要因素。sSOI(绝缘体上应变硅)是一种在SOI顶层Si中引入应变的新材料，该材料性能优异，可大幅提高集成电路性能，是延续摩尔定律的重要工具。传统sSOI制备方法以SiGe(锗硅)为虚衬底，只能引入双轴张应变。该方法缺点明显：位错密度高、工艺复杂、散热差、不可避免地有Ge(锗)杂质扩散等。单轴应变SOI比双轴应变SOI更有优势：在相同应变度下，单轴应变对器件性能的提升更高，并且对器件性能的提升在高电场下退化少、成本低等，但

6、尚未有成熟有效的制备方法。本论文建立了SiN致MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)器件沟道单轴应力模型，基于该模型，进行了不同栅长、栅高下应力分布仿真研究。模拟结果表明：1)MOS器件沟道内的应力由栅上部分、侧墙部分和源漏区部分的SiN应力层共同引入，源漏区上方的SiN对沟道的影响占主要部分；2)SiN薄膜的整体性是应力引入的关键；3)MOS器件的“台阶”型结构是应力引入的必要条件；4)MOS器件沟道内应力与栅高成正比，呈现出先增大后趋近于一个定值的趋势，与栅长成反比。基于SiN的结构特性和应力

7、特性以及SOI材料特性，论文采用PECVD(等离子体增强化学气相淀积)进行了高应力SiN薄膜的淀积实验。应力表征结果显示张应力SiN薄膜应力约为1.1GPa，压应力SiN薄膜应力约为-1.6GPa。基于SOI材料的热力学特性和尺寸效应，本论文提出了一种晶圆级单轴应变SOI制作新方法，该方法具有工艺简单、与Si工艺兼容、单轴应变度大等特点。基于SOI和SiN材料热力学特性以及弹塑性力学原理，论文对新方法的应力产生、应力引入以及应力保持等机理进行了分析。其原理是：利用离子注入使SiO2和衬底界面疏松，并使顶层Si非晶化；用

8、高应力SiN薄膜将顶层Si和SiO2拉伸或压缩；将SiN薄膜刻蚀成宽度为亚微米的条状阵列，利用尺寸效应将双轴应力转换成单轴应力；用退火使SiO2埋层发生塑性形变，并使顶层Si重结晶，保持顶层Si的应力。基于新方法的应变机理和工艺原理，进行了晶圆级单轴应变SOI制备实验，得到了SOI样品(He1)。利用偏振拉曼对SOI样品进行了表征