智能剥离SOI高温压力传感器.pdf

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1、第22卷第7期半导体学报Vol.22No.72001年7月CHINESEJOURNALOFSEMICONUCTORSJuly2001=================================================================智能剥离SOI高温压力传感器黄宜平竺士炀李爱珍鲍敏杭沈绍群王瑾吴东平(复旦大学电子工程系上海200433D摘要:采用改进的RCA清洗工艺提高了硅片的低温键合质量提出了一种积聚式缓慢退火剥离方法用于制备智能剥离SOI(SiliconOnInSulato

2、rD材料并用该材料成功地研制了双岛-梁-膜结构的SOI高温压力传感器.对SOI压力传感器的测量结果表明当温度增加到150C左右时输出电压没有明显的变化其工作温度高于一般的体硅压力传感器(其工作温度一般在120C以下D.测得所制备SOI压力传感器的灵敏度为63mV/(MPa-5VD比用相同版图设计和工艺参数制备的多晶硅压力传感器高约7倍多.关键词:SOI;压力传感器;低温键合;智能剥离;高温PACC:0630N;6855;7280;6170T中图分类号:TP212.1文献标识码:A文章编号:0253-4177

3、(2001D07-0924-05的退火工艺对剥离形成的SOI材料上层硅膜质量1引言的影响采用改进键合前的硅片清洗工艺提高了键合质量并首次提出了积聚式缓慢退火的剥离方法智能剥离(Smart-CutDSOI(SiliconOn在较低的温度(390CD下实现了均匀的智能剥离获InSulatorD技术[13]是续SIMOX(Separationby得了具有较好质量的75mmSOI材料.ImplantedOxygenD和BESOI(BondingandEtch-目前SOI材料主要应用于低压~低功耗超大规backSOI

4、D之后的一种新的SOI主流制备技术它模集成电路和抗辐照~耐高温的特种集成电路.SOI结合了键合和离子注入的优点而克服了它们的不材料的另一个重要应用领域是制备微电子机械器足是非常有前途的SOI制备技术.件相比传统的体硅压力传感器用SOI材料制备所谓智能剥离是在一片硅片中注入中等剂量的压力传感器同样具有耐高温的优点这是因为传的氢离子然后同另一硅片低温键合经恰当的热处统的体硅压力传感器是pn结隔离当温度升高至理键合对在氢离子注入的投影射程处裂开其中一100C以上时由于硅的杂质能级向本征能级靠拢片形成SOI结构.智

5、能剥离SOI制备技术有很显著pn结漏电流很大而使器件无法工作.为了提高传的特点和要求:(1D对原始硅片的表面平整度和微观感器的工作温度力敏电阻可用生长在氧化层上的粗糙度的要求较高;(2D由于注入的氢离子在约多晶硅构成因为是介质隔离所以多晶硅压力传感器的工作温度可以得到提高[4]300C时就可能在硅片中形成微空腔层或使硅片表.然而因为力敏电阻面出现气泡因此需要采用低温键合技术键合时的不象体硅压力传感器由单晶构成因此多晶硅压力温度不能超过300C;(3D由于在400C左右键合硅传感器的灵敏度较低.用SOI材料制

6、备的压力传感片就会部分剥离所以要在低温下(<400CD增加键器国内外已有一些报道所用的SOI材料有合强度.因此智能剥离SOI制备技术的关键在于高[5][6]和FIPOS(FullISolationbySIMOX~BESOI质量的低温键合以及采用合适的退火方法增加键合[7]等.本文采用智能剥离SOIPorouSOxideSiliconD强度和顺利实现智能剥离.本文比较分析了不同材料成功地研制了高温压力传感器.用于制备压力上海市科学技术发展基金(编号:98JC14004D和国家自然科学基金(批准号:698760

7、07D资助项目.黄宜平男1946年出生教授博士生导师从事半导体器件和集成电路工艺研究.2000-08-24收到2000-12-30定稿Oc2001中国电子学会7期黄宜平等:智能剥离SOI高温压力传感器9Z5传感器的智能剥离SOI材料可以不经最后的化学从而使键合片在空腔层的形成处自动缓慢地剥离机械抛光,降低了材料成本.本文研制的SOI压力开.传感器的力敏电阻由SOI单晶硅膜构成,其灵敏度对形成的SOI硅片进行背部减薄抛光,得到总和体硅压力传感器相当,要大于多晶硅压力传感器,厚度为Z40pm双面抛光的SOI材料

8、.SOI压力传感而且由于SOI压力传感器是介质隔离,它的工作温器采用双岛-梁-膜结构设计[9],其总体结构示意图度要大于传统的体硅压力传感器.如图1所示.这种结构具有灵敏度高,非线性小的特点.2实验所用硅片为75mm,N型(100D晶向的抛光片,电阻率为58Ocm,硅片的总厚度变化(TTVD在Zpm以内.硅片经清洗后,热氧化生长Z40或500nm厚的SiOZ层,对有Z40mn厚SiOZ的硅片进行氢离子注入,注入剂