应变SOI材料物理与工艺技术分析

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1、西安电子科技大学学位论文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究成果。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；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：幽壹日期尘也扯关于论文使用授权的说明本人完

2、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，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印、或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。本人签名：导师签名：交冕笠导师签名：氢冕翌日期笾[旦z三!L日期逊＆三4第一覃绪论第一章

3、绪论11引言2007年，英特尔发布第一款基于45nm的四棱英特尔至强处理器咀及英特尔酷睿2至尊四核处理器，而在2009初32nm工艺处理器也开始投放市场”】。集成电路已经发展到目前极大规模的纳米技术时代，要进一步提高芯片的集成度和运行速度，现有的体硅材料和工艺已经接近它们的物理极限．在进一步减小集成电路的特征尺寸方面遇到了严竣的挑战，必颁在材科和工艺上有新的重大突破。目前在材料方面，SOl(SiliconOnInsulator，绝缘体上硅)技术以其独特的结构，有效的克服了体硅材料的不足．迓新成为了高

4、速，低功耗．高集成度和高可靠性超大规模集成电路的主流技术，也被业界公认为纳米技术时代取代现有单晶硅材料的解决方案之一．是维持Moore定律走势的一大利器口】。SOl结构器件和电路主要具有功耗低、速度高、成本低、抗干扰能力强、集成密度高、寄生电容小、工艺简单、抗辐照能力强、适合于小尺寸器件与低压低功耗电路、可以实现三维立体集成电路、薄膜全耗尽(FD)SOl材料器件更适合于深亚微米VLSI、彻底消除了体硅CMOS的闩锁效应等优点pJ。图11为国际上SOl材料头号供应商法国Soilec公司给出的先进材料的

5、发展路线圉，SOl、绝缘体上应变硅(sS01)和绝缘体上锗(GO州≈成为纳米尺度极大规模集成电路的高端衬底材料Hl。”2“”“。“⋯‘。““絮蠹需嚣等j黧圆圈圃圈囱墨目豳I1纳米技术时代的高端衬底材科发展路线图应变SOI工艺技术主要分为单轴应变SOI和双轴应变SOI两种。现阶段的单∞"∞"o口8ch吕5PEg一●嚣锻晡骺“征2一应变SOl材料物理与‘I：艺技术研究轴应变SOI技术是在器件上引入应变，即栅极氧化物层下面使用了一层极薄的单晶硅，并对其预施加张力或者压力，改变原有的晶格结构，以此提高器件性

6、能。现阶段双轴应变SOl技术是制备应变SOI材料的主要技术，方法就是采用智能剥离(SmartCut)和键合(Bonding)工艺将外延在弛豫SiGe层上的应变Si层转移到绝缘层上，从而形成应变SOl材料。本论文主要研究的是晶圆级单轴应变SOl技术，方法是利用机械外力使材料弯曲来实现单轴应变。相比于以上两种技术，晶圆级单轴应变SOl技术具有制备方法简单，成本低，能直接获得单轴应变SOl材料，可以实现张应变也可以实现压应变等优点。1．2应变SOI的研究现状1．2．1SOI技术研究现状SOl技术具有许多体

7、硅技术不可比拟的优越性，SOl电路可以成功地应用于高速、低压、低功耗、抗辐照、耐高温等领域。1998年，美国IBM公司首次利用SOI技术成功地研制的高速、低功耗、高可靠的微电子主流产品——微处理器等高性能芯片使得SOI的商业应用得到突飞猛进的发展。SOI材料的质量得到大幅度改善，已经能够满足目前深亚微米器件的要求，并发展成为针对先进的亚65nm、45nm器件的纳米时代SOI衬底工程技术。SOl技术也已被产业界广为接受。但是，SOI技术的应用，还面临技术及成本等因素的制约。在技术方面，与体硅相比，SO

8、I材料的质量还有待进一步提高，如减少杂质沾污、晶格缺陷、氧化层缺陷、提高顶层硅的均匀性等以及如何克服SOI结构给器件和电路带来的浮体效应和自加热效应等影响。在成本方面，因为SOl材料是在体单晶硅的基础上经再加工而制成的。成本当然要比硅单晶材料高。然而，采用SOI技术，可以使集成电路制造过程中的工艺简化，降低工艺加工成本，以补偿材料的成本。法国SOITEC和美国IBIS以及IBM，日本的SUMCO以及日本的NipponSteel等都是SOl技术的长期支持者，为了推动SO