soi材料的缺陷及其表征

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1、SOI材料的缺陷及其表征SOI材料的缺陷及其表征/夏庆锋等?l23?SoI材料的缺陷及其表征夏庆锋,杨德仁,马向阳,阙端麟(浙江大学硅材料国家重点实验室,杭州310027)摘要简述了利用注氧隔离(SIMOX)制备的SOI材料中产生的一些不同于体硅材料的特殊缺陷,涉及表面缺陷,Si/SiO2界面缺陷和埋氧层缺陷,包括这些缺陷的产生机制,表征方法以及一些降低和消除措施.关键词缺陷SOI材料表征SIMOXDefectsinSOIMaterialsandRelatedCharacterizati0nXIAQingfeng,YANGDeren,MAXiangyang,QUEDuanlin

2、(StateKeyLabofSiliconMaterials,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027)AbstractThepeculiardefectsinsilicononinsulator(SODmaterialseparatedbyimplantoxygen(SIMOX)aredescribed,suchassurfacedefects,Si/SiO2interfacedefectsandsomedefectsinburiedoxide.Theformationmecha—nismandcharacterizationofthesedefec

3、tsareaddressed.Moreover,thecountermeasurestOreduceandeliminatethedefectsinSOIarealsointroduced.Keywordsdefects,SOImaterials,characterization,SIMOX0前言SOl(SiliconOnInsulator)绝缘层上硅是一种具有特殊结构的硅材料.通过在体硅内部形成绝缘层,从而实现硅片器件有源层与衬底的全介质隔离,抑制了体硅材料的体效应_1].用SOI材料制成的SOI-CMOS(~I1图1)能有效降低衬底对器件工作区的影响,从根本上消除体硅电路中

4、的寄生闩锁效应,同时使芯片具有高速,低功耗,抗辐照能力高,耐高温,软误差小等,性能明显优于常规的体硅电路.鉴于以上优点使SOI技术在深亚微米VLSI中有极大的应用前景,被国际上公认为"21世纪的硅集成电路技术,ff2,a].NMOSPMOSl\\

5、Sisubstrate图1SO1CMOS结构示意图集成电路市场对低压,低功耗电路的需求日益增加,SOI技术作为适应这一要求的最有希望的技术,近年来有了长足的发展,同时SOI材料的制备方法也随之得到不断发展.鉴于SOI材料的多层结构,人们最先想到的制备方法是在绝缘衬底上外延单晶硅层,如SOS(SiliconOnSapphire),S

6、OZ(SiliconOnZir—conia)等.由于异质外延存在品格失配及热膨胀系数差异等问题,生长的单晶硅薄膜一直不理想.随着技术的进步,一些先进的制备方法得到了充分的发展,出现了如ELO(EpitaxialLat—eralOvergrowth),ZMR(ZoneMeltRecrystallization)等新的方法.经过1O多年的发展,当今主要的制备方法有SIMOX(Sep—aratebyIMplantOxygen)注氧隔离,BESOI(BondingandEtch—ingSOD键合减薄SOI和Smart-Cut(智能剥离技术)等_2"].SOI材料经体硅材料加工而成,其体

7、内包含的缺陷有的是从体硅材料中引入或与体硅中的形态特征类似,如位错,堆垛层错或微缺陷等.对于这些缺陷人们在体硅中已经有了一定的了解,本文将不作介绍.这里我们主要将目光放在注氧隔离方法制备SOI材料过程中引入的较特殊的缺陷,和一些只有在SOI这种特殊结构中才会出现的"缺陷".注氧隔离技术(SIMOX)是制备SOI材料的主流技术之一,即利用向硅中注入氧离子并结合高温退火的方法在硅片体内形成一层si02绝缘层.图2是S图2SIMOXSO1材料中缺陷示意图*国家自然科学基金(6O225O1O);教育部新世纪优秀人才支持计划夏庆锋:男,1982年生,硕士研究生,主要从事SOI材料方面的研

8、究Tel:0571-87934841E-mail:xiaqf2003@163.com?124?材料导报2007年3月第21卷第3期SO1材料的多层结构使其在众多方面表现出比体硅材料更优异的性能,但是该材料的制备以及表征却是我们面临的新的挑战.由于存在薄硅层,薄埋氧层,Si/SiOz界面等多层结构,导致一些在体硅中非常有效的表征手段应用于SO1材料时需要改进或不能适用.2005年ITRS中谈到:"不断减小的特征尺寸,更精确控制电学性能的要求,如阈值电压及漏电流,和一些新的互连技术如3D互连等都