Epi-SOI硅片制备及表征

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1、浙江大学硕士学位论文摘要SOl(SiliconOnInsulator，绝缘层上硅)硅片用于制造集成电路具有高速、低功耗、集成度高等优势。SIMOX(SeparatebyImplantOxygen，注氧隔离)技术可以制备高质量的SOI硅片。但是，利用这种技术制备的SOI硅片顶层硅厚度较薄(一般在50-300nm)，一定程度上限制了SOI硅片的应用。将外延工艺与SIMOX技术相结合，制备所谓的Epi．SOI硅片(EpitaxialSilicononInsulatorwafer，SOI外延片)，可以很好的解决上述闯题。本论文以S

2、OI硅片为衬底，通过APCVD(AmbientPressureChemicalVaporDeposition，常压化学气相沉积)技术生长了50岬厚的单晶硅外延层。通过择优腐蚀技术研究了外延层中的缺陷，以及后续高温热处理对外延层缺陷的影响。此外，还研究了高温热处理过程时SOI衬底埋氧层中氧的扩散。本论文得到了以下主要结果：1)利用择优腐蚀技术对Epi．SOI硅片外延层中缺陷的显示结果表明，外延层中的缺陷为位错，它们的形态为单根穿通位错(punchthroughdislocations)和位错对(dislocationpair

3、s)。这些位错的来源主要是SOI顶层硅中原生的位错及位错对。2)Epi．SOI外延层中的位错密度受SOI衬底影响较大。实验发现，在顶层硅厚度分别为150nln及200nnl的两种SOI衬底上生长的外延层，其位错密度相差一个数量级。顶层硅厚度越大，外延层中位错密度越小。在SOI制备过程中，顶层硅中会产生大量的应力，这些应力会促进位错的形成，当顶层硅厚度较厚时，可以抑制这种位错促进作用。3)后续高温热处理过程，可以降低外延层中的位错密度。将Epi．SOI硅片经过不同温度(900-1200℃)的热处理后择优腐蚀，发现位错密度有不

4、同程度的降低。初步认为，高温热处理过程中，外延层中的位错会发生运动，在硅片边缘及外延层与衬底界面处湮灭，同时伯氏矢量相反的位错相遇时会发生湮灭。4)Epi．SOI硅片经过高温热处理后，SOI衬底埋氧层中的氧会发生外扩散。900-1100℃温度范围内，氧的外扩散随温度升高而增强；当温度超过1100℃时，外扩散程度减弱，这是由于较高温度下，富硅的埋氧层将成为氧的吸杂源，使外延层中部分氧发生内扩散。浙江大学硕士学位论文关键词：绝缘层上硅，注氧隔离，外延，缺陷，扩展电阻Ⅱ浙江大学硕士学位论文AbstractS01(SiliconO

5、nInsulator)usedforintegratedcircuitOc)manufacturinghastwoadvantagesofincreasingspeedandreducingpowerconsumption．SIMOX(SeparatebyImplantOxygen)canbeusedt0fabricatehigh-qualityS01wafers．However,thetop-siliconlayerofSIMOX·S01wafersisverythin(typically500-300rim)，whic

6、hlimitstheapplicationofsuchS01waferstoacertaindegree．Fortunately,thisissuecanbecircumventedbythecombinationofepitaxyandSIMOXprocesses，whichleadstoso-calledEpi·S01wafers．Inthisthesis，theEpi—SOlwaferswerepreparedbyambientpressurechemicalvapordeposition(APCVD)process

7、ontheSIMOX-S01substrates．Bymeansofpreferentialetching,thedefectsintheas-grownEpi-S01wafersandtheannealedoneswgTedelineated．Moreover,theoutdiffusionofoxygenfromtheburiedsiliconoxide(BOX)layerofSOIsubstratesWasinvestigated．Listedbelowarethemainresultsachievedinthist

8、hesis．1．Thedefectsintheepi-layerofEpi·S01waferdelineatedbypreferentialetchingmanifestthemselvesaspunch-throughdislocationsanddislocationpairs，whichareor