液相外延技术制备极低缺陷密度Si SiO2SO

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1、液相外延技术制备极低缺陷密度SiSiO2SO液相外延技术制备极低缺陷密度Si/SiO2SOI结构2011年08月03日　　液相外延技术制备极低缺陷密度Si/SiO2SOI结构　　射频世界　　摘要：介绍了液相外延技术制备Si/SiO2SOI结构的方法、系统和几个重要环节及当前发展状况，同时指出液相外延技术对制备极低缺陷密度SOI结构具有广阔前景。　　关键词：液相外延横向外延过生长SOI缺陷密度薄膜　　PreparationofSi/SiO2SOIinLowDensityofDefectbyLPE　　AbstractThisp

2、aperintroducestheliquidphaseepitaxy(LPE)ofSi/SiO2silicononinsulator(SOI)includingtheprinciple,growthsystem,keyproceduresandsomeinvol-vingproblems.LPEisapromisingmethedforpreparingtheSOIwithlowdensityofdefects.　　KeywordsLPE，ELO，SOI，Densityofdefects，Thinfilm　　1前言　　随

3、着硅超大规模集成电路线宽的不断降低、封装密度的不断增加和速度的提高，要求进一步降低寄生电容、锁存效应和高的串扰电容。而在SOI(silicononinsulator)材料上形成的电子器件是制造在非常薄的硅膜上的，较之体硅上的电子器件，有诸多优点［1，2］，如优良的横向绝缘性、无锁存效应，提高封装密度，提高电路的集成度和速度，抗辐射，耐高温，可实现三维集成等。Si/SiO2SOI结构作为半导体材料中一类重要的硅基材料，不但在工艺上与体硅工艺相兼容，而且SOI-MOSFET具有极好的等比例缩小性，使得SOI技术在深亚微米VLS

4、I技术中的应用具有很大的吸引力。因此SOI技术被喻为是二十一世纪的硅集成电路技术。　　为制备SOI结构，已发展了许多种制备技术，大致上包括：(a)同质外延和异质外延技术，如CVD技术，外延横向过生长(ELO)技术；(b)多晶硅、非晶硅再结晶，如激光束再结晶、电子束再结晶和区熔再结晶；(c)硅单晶的隐埋SiO2隔离，如多孔硅氧化全隔离(FIPOS)、离子注氧隔离技术(SIMOX)和硅片键合技术(BESOI)。　　目前最成功的是SIMOX、BESOI技术及CVD技术横向过生长外延法［3～5］，但SIMOX材料的缺陷密度较高，典

5、型的数值是103/cm2数量级，硅膜的质量不如体单晶硅，且无法构成三维的器件结构，而BESOI材料的界面缺陷和顶部硅薄层及均匀性(硅厚度的10%)仍然难以控制，不能得到顶部硅膜很薄的SOI结构，VCD技术横向生长外延法则需要较高的外延温度和存在严重的自掺杂，并且需要使用选择生长，条件苛刻，最大的问题是纵向生长速率接近于横向生长速率，无法用于MOS器件。另外，价格昂贵也成为限制他们应用的主要原因。　　正是由于器件的要求和其他工艺的局限性，使硅液相外延生长的SOI材料显示出其特有优点，如：较低的生长温度，外延层较低的缺陷密度，

6、良好的电学、光学特性，很高的抑制自掺杂的能力，掺杂的灵活性，系统的安全性及价格低廉等，另外，它还有很大的横纵向生长比，具有生长超薄SOI硅膜的优势。以前由于对晶体缺陷密度、少子寿命要求不特别高(而这正是LPE的优点)，所以曾一度几乎放弃了它的研究。但随着计算机、通讯等领域对器件速度的要求不断提高，以及硅光电子集成的需要，旨在改善SOI材料质量、降低顶层硅的缺陷密度，减少顶层硅膜厚度的研究工作正在各发达国家竞相进行。硅LPE技术制备SOI结构的价值与地位正在被人们逐步认识。　　2硅LPE横向外延生长(ELO)制备SOI结构技

7、术　　2.1基本原理　　在一定高的温度下，硅在很多金属中具有一定的溶解度，对饱和溶液，通过改变温度，硅将在溶液中析出，而可能形成硅的外延。硅液相外延主要有两个过程：一是质量输运——通过扩散、对流，硅从溶液到衬底；二是表面生长动力学——吸附，沿表面扩散到台阶，在台阶上生长。LPE，ELO制备SOI结构是在表面氧化了的硅上开窗口，硅先在窗口籽晶区纵向生长，等到与氧化膜相平后，再向绝缘层上(如SiO2)横向外延生长，直到各窗口的横向生长彼此连接。液相外延的最大特点是整个生长过程几乎是在热平衡条件下进行的，这是实现低缺陷密度或无缺

8、陷SOI结构的基本保证。另外，LPE能够进行选择性外延生长，并在氧化层表面没有硅的成核，这对制备SOI结构无疑是十分诱人的。但表面形貌一直是液相外延的关键问题，对SOI结构，在0.3～0.5μm厚度范围内，获得平坦、光亮、均匀，在缝合处无缺陷存在，结晶优良的Si膜更是关键。　　2.2硅LPE的方法　　硅