SOI及其制备工艺.ppt

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1、概述SIMOXBESOISmart-cutSimbondSOI及其制备技术1概述SOI(SiliconOnInsulator),又称绝缘层上硅。一种新型结构的硅材料，通过在体硅中加入一层绝缘层，而具有一些特殊的性质。被称为有望替代体硅成为新一代的集成电路衬底材料。SOI绝缘层（埋氧层）顶硅层衬底（a）典型SOICMOS横截面示意图（b）SOICMOSTEM(Transmissionelectronmicroscope)侧面图2概述SOI的技术特点：速度高----全耗尽SOI器件具有迁移率高、跨导大、寄生电容小等

2、优点使SOICMOS具有极高的速度特性。功耗低----全耗尽SOI器件具有陡直的亚阈值斜率，漏电流小，静态功耗小；结电容与连线电容均很小，动态功耗小。集成密度高----SOI采用介质隔离，不需要制备体硅CMOS电路的阱等复杂隔离工艺，器件最小间隔仅取决于光刻和刻蚀技术的限制。完全消除闩锁效应。成本低----SOI技术除了衬底材料成本高于硅材料外，其他成本均低于体硅。SOICMOS的制造工艺比体硅至少少3块掩模板，减少13~20%的工序。抗辐照特性好---全介质隔离结构，且具有极小的结面积，因此具有非常好的抗软失

3、效，瞬时辐照和单粒子翻转能力。……SOI的技术存在的问题：浮体效应----SOIMOS的体区处于浮空状态，器件内部碰撞电离产生的载流子无法从器件中排除，影响器件性能。（FDSOI、引入复合中心）自加热效应----BOX热导率低3典型1mmCMOS工艺条件下体硅和SOI器件的寄生电容(pF/mm2)电容类型SOI(SIMOX)体硅电容比(体硅/SOI)栅1.31.31结与衬底0.050.2～0.354～7多晶硅与衬底0.040.12.5金属1与衬底0.0270.051.85金属2与衬底0.0180.0211.16

4、4概述SOI的制备：SOI材料制造技术分类多晶/非晶单晶化硅单晶薄膜的沉积熔融再结晶（ZMR）固相外延（SPE）束致再结晶---激光或电子束区熔再结晶---石墨条加热或卤素灯单晶衬底的隔离氧离子注入形成SiO2埋层（SIMOX）BESOI、Smart-cut、SIMBOND工艺多孔硅氧化隔离法（FIPOS）选择外延横向生长法（ELO）(厚膜、抗辐射)异质外延法（SOS（污染、透明、抗辐射）,SOZ,SOM等）5SIMOX2.1SIMOX工艺流程：SIMOX(SeparatebyIMplantOxygen),又称

5、注氧隔离技术。此方法有两个关键步骤：离子注入和退火。在注入过程中，氧离子被注入圆片里，与硅发生反应形成二氧化硅沉淀物。然而注入对圆片造成相当大的损坏，而二氧化硅沉淀物的均匀性也不好。随后进行的高温退火能帮助修复圆片损坏层并使二氧化硅沉淀物的均匀性保持一致。这时圆片的质量得以恢复而二氧化硅沉淀物所形成的埋层具有良好的绝缘性。SisubstrateO+离子注入SOI材料高温退火6SIMOX2.过程参数影响注入剂量：控制埋氧层的厚度，提高注入剂量，埋氧层增加同时顶硅层厚度减小。注入能量：控制离子注入的射程，从而影响顶

6、层硅厚度。另外研究表明，注入能量越高注入粒子分散程度越大，形成连续埋氧层所需剂量也越高。退火温度：高温退火消除注入缺陷，消融顶层硅中氧沉淀，促使埋层形成。退火气氛：惰性气氛通常加入少量氧，增加氧分压防止由于形成SiO而导致的表面缺失。硅片温度：影响注入过程缺陷形成，低温容易导致顶层硅的非晶化。SIMOX需要高温离子注入和长时间高温离子退火，难以控制颗粒，低剂量乃至超低剂量注入难以得到完整的埋层，氧离子注入容易形成重金属污染，不易得到陡峭的界面，工艺成本限制，产品质量和稳定性方面无法取得更好的成果。法国SOITE

7、C、美国IBIS和IBM相继放弃了simox制备技术。200mm和300mmSIMOX片只有日本S.E.H、SUMCO少量供应。7BESOI3.1BESOI（BondingandEtchbackSOI）键合和背面腐蚀工艺流程：键合技术指将两个平整表面的硅片相互靠近，硅片间的范德瓦尔斯力使两个硅片紧密的结合在一起。键合技术形成的SOI材料的顶层硅膜来自于衬底硅膜，未经过SIMOX技术中的高温氧离子注入，所以顶层硅膜中的缺陷较少，其器件性能可以达到体硅器件的水平。BESOI过程分三步来完成。第一步是在室温的环境下使

8、一热氧化圆片在另一硅片上键合；第二步是经过退火增强两个圆片的键合力度；第三步通过研磨、抛光及腐蚀来消薄其中一个圆片到所要求的厚度。硅片热氧化高温键合腐蚀减薄8键合技术形成SOI的主要工艺步骤9BESOI3.2腐蚀减薄工艺通常采用两种基本的减薄技术：粗磨后化学机械抛光后粗磨后背面选择腐蚀研磨+抛光：粗磨迅速减薄硅片，化学机械抛光进一步精确减薄硅层。由于缺乏有效的腐蚀终止控制技术只能获得相