[发明专利]应变结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造领域，涉及一种应变结构及其制作方法。

背景技术

随着半导体器件尺寸的缩小，传统的体硅材料正接近其物理极限，近年来，很多研究小组提出利用高载流子迁移率的新材料来取代传统的硅材料来制作晶体管，以延续摩尔定律的发展。对于应变Si、SiGe等半导体，应力会改变材料的能带结构，降低载流子的有效质量，减小声子的散射等，从而提高载流子的迁移率，改善MOS器件的性能；对于应变Ge也是适用。Ge由于其高的空穴迁移率而受到广泛关注。通过对Ge施加张应力，Ge中电子和空穴的迁移率会得到大大提升，提高器件的性能。并且应变Ge还可以应用于光电器件。

硅基光电集成在近年来的迅速发展被认为能够有效延续摩尔定律的延伸。目前，阻碍硅基光电集成技术的主要障碍是如何解决与硅基兼容的光源问题。当Ge薄膜的张应力到达～2%，Ge就会由原来的间接带隙转变为直接带隙，用来制作激光器，就可以满足光电集成的要求。

制备张应变Ge有许多方法：1.利用Ge与Si的热膨胀系数的差异在Si上直接外延Ge，可以得到～0.3%的张应变；2.利用Ⅲ-Ⅴ族材料作为缓冲层，可以得到大张应力的Ge。但是由于外延Ⅲ-Ⅴ族材料需要MBE或者MOCVD，价格昂贵，生长速度慢，从而增加了成本。

此外，对于氧化物、金属等，应变可以改变其相变点等特殊的特性，如VO₂；或者应变可以改变导电性等，可以满足各种应用。但是应变氧化物、应变金属的制作同样面临种种问题。

因此，提供一种新的应变结构及其制作方法实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种应变结构及其制作方法，用于解决现有技术中难以制备高张应变材料、且制备速度慢、成本高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种应变结构的制作方法，至少包括以下步骤：

S1：提供一衬底，在所述衬底表面自下而上依次形成一牺牲层及一第一应力层；

S2：将所述第一应力层图形化，形成桥状结构；所述桥状结构包括形成于所述牺牲层表面的一对基座及连接该一对基座的至少一根桥梁；

S3：在一对所述基座表面形成第二应力层；

S4：采用湿法腐蚀去除所述桥梁下方及所述基座相向两端下方的牺牲层，以使所述桥梁及一对所述基座相向两端悬空，该悬空的两端卷曲使所述桥梁拉伸，得到应变结构。

可选地，所述第二应力层具有张应力，一对所述基座悬空的两端向上卷曲。

可选地，所述第二应力层具有压应力，一对所述基座悬空的两端向下卷曲。

可选地，所述第一应力层的材料为金属、氧化物或半导体；所述第二应力层的材料包括金属、氧化物及半导体中的一种或多种。

可选地，所述第二应力层为单层或复合层结构。

可选地，所述第一应力层的材料为金属Ti、Cr、Pt、Au、Ag、Pd、Fe，或氧化物Al₂O₃、ZnO、Si₃N₄、SiO、SiO₂，或半导体Si、Ge、Ⅲ-Ⅴ族化合物、Si_xGe_1-x，其中0<x<1；所述第二应力层的材料包括金属Ti、Cr、Pt、Au、Ag、Pd、Fe、Co、Ni，或氧化物Al₂O₃、ZnO、Si₃N₄、SiO、SiO₂，或半导体Si、Ge、Ⅲ-Ⅴ族化合物、Si_xGe_1-x中的一种或多种，其中0<x<1。

可选地，所述第一应力层与所述第二应力层的材料不同。

可选地，所述桥梁为纳米线、微米线或纳米薄膜。

可选地，所述基座为方形、矩形、梯形、圆形或椭圆形。

可选地，所述牺牲层的材料选自SiO₂、Si₃N₄、Ge、光刻胶、PDMS及PMMA中的一种，且所述牺牲层与所述第一应力层及第二应力层采用不同的材料。

本发明还提供另一种应变结构的制作方法，至少包括以下步骤：

S1：提供一衬底，在所述衬底表面自下而上依次形成一牺牲层及一第一应力层；

S2：在所述第一应力层表面形成第二应力层，并将所述第二应力层图形化，形成一对基板；