SOI及其制備工藝PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1SOI及其制備工藝及其制備工藝2 SOI絕 緣 層（埋氧層）頂硅層襯底（a）典型）典型 SOI CMOS橫截面示意圖橫截面示意圖（b）SOI CMOS TEM (Transmission electron microscope)側(cè)面圖側(cè)面圖第1頁(yè)/共14頁(yè)3 SOI的技術(shù)特點(diǎn)：l速度高速度高-全耗盡SOI器件具有遷移率高、跨導(dǎo)大、寄生電容小等優(yōu)點(diǎn)使SOI CMOS 具有極高的速度特性。l功耗低功耗低-全耗盡SOI器件具有陡直的亞閾值斜率，漏電流小，靜態(tài)功耗??；結(jié)電容與連線電容均很小，動(dòng)態(tài)功耗小。l集成密度高集成密度高-SOI采用介質(zhì)隔離，不需要制備體硅CMOS電路的阱等復(fù)雜隔離工藝，器

2、件最小間隔僅取決于光刻和刻蝕技術(shù)的限制。l完全消除閂鎖效應(yīng)完全消除閂鎖效應(yīng)。l成本低成本低-SOI技術(shù)除了襯底材料成本高于硅材料外，其他成本均低于體硅。SOI CMOS 的制造工藝比體硅至少少3塊掩模板，減少1320%的工序。l抗輻照特性好抗輻照特性好-全介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)，且具有極小的結(jié)面積，因此具有非常好的抗軟失效，瞬時(shí)輻照和單粒子翻轉(zhuǎn)能力。 l SOI的技術(shù)存在的問(wèn)題：l浮體效應(yīng)浮體效應(yīng)-SOI MOS的體區(qū)處于浮空狀態(tài)，器件內(nèi)部碰撞電離產(chǎn)生的載流子無(wú)法從器件中排除，影響器件性能。（FD SOI、引入復(fù)合中心）l自加熱效應(yīng)自加熱效應(yīng)-BOX熱導(dǎo)率低第2頁(yè)/共14頁(yè)4電容類(lèi)型電容類(lèi)型SOI(SI

3、MOX)體體 硅硅電容比電容比(體硅體硅/SOI)柵柵1.31.31結(jié)與襯底結(jié)與襯底0.050.20.3547多晶硅與襯底多晶硅與襯底0.040.12.5金屬金屬1與襯底與襯底0.0270.051.85金屬金屬2與襯底與襯底0.0180.0211.16第3頁(yè)/共14頁(yè)5 SOI 的制備：SOI材料制造技術(shù)分類(lèi)多晶/非晶單晶化硅單晶薄膜的沉積熔融再結(jié)晶（ZMR）固相外延（SPE）束致再結(jié)晶-激光或電子束區(qū)熔再結(jié)晶-石墨條加熱或鹵素?zé)魡尉бr底的隔離氧離子注入形成SiO2埋層（SIMOX） BESOI、Smart-cut、SIMBOND工藝多孔硅氧化隔離法（FIPOS）選擇外延橫向生長(zhǎng)法（ELO）(

4、厚膜、抗輻射)異質(zhì)外延法（SOS（污染、透明、抗輻射）,SOZ,SOM等）第4頁(yè)/共14頁(yè)6 Si substrateSi substrateSi substrateSi substrateSi substrateO+離子注入離子注入SOI 材料材料高溫退火高溫退火第5頁(yè)/共14頁(yè)7 SIMOX 需要高溫離子注入和長(zhǎng)時(shí)間高溫離子退火，難以控制顆粒，低劑量乃至超低劑量注入難以得到完整的埋層，氧離子注入容易形成重金屬污染，不易得到陡峭的界面，工藝成本限制，產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性方面無(wú)法取得更好的成果。法國(guó)SOITEC、美國(guó)IBIS和IBM相繼放棄了simox制備技術(shù)。200mm和300mmSIMOX片只

5、有日本S.E.H、SUMCO 少量供應(yīng)。第6頁(yè)/共14頁(yè)8 硅片 A硅片 B硅片 A硅片 B硅片 A硅片 B壓力硅片 A硅片 B壓力硅片 B硅片 B硅片熱氧化 高溫鍵合 腐蝕減薄第7頁(yè)/共14頁(yè)9鍵合技術(shù)形成鍵合技術(shù)形成SOI 的主要工藝步驟的主要工藝步驟第8頁(yè)/共14頁(yè)10 第9頁(yè)/共14頁(yè)11 硅片 B硅片 A硅片 B硅片 A2.硅片鍵合硅片 A硅片 B硅片 A硅片 A硅片 B3.低溫剝離+高溫鍵合硅片 A硅片 A4.平坦化1.注入氫離子H+硅片B硅片A第10頁(yè)/共14頁(yè)12Soitec公司公司smart-cut 工藝流程圖工藝流程圖第11頁(yè)/共14頁(yè)13 Smart-cut技術(shù)已成為SOI材料制備技術(shù)中最具競(jìng)爭(zhēng)力、最具發(fā)展前途的一種技術(shù)。自1995年開(kāi)發(fā)該技術(shù)以來(lái)，已得到飛速發(fā)展，法國(guó)SOITEC公司已經(jīng)能夠提供Smart-cut技術(shù)制備的商用SOI硅片，并擁有其專(zhuān)利第12頁(yè)/共14頁(yè)14 向器件片的鍵合面注入氧離子，高溫退火形成埋氧層，這個(gè)埋氧層就是之后的腐蝕停止層。與另一片支撐片鍵合，然后高溫退火，以形成完好的鍵合界面。減薄過(guò)程采用了自停止腐蝕方法來(lái)實(shí)現(xiàn)控制頂層硅厚度均勻性，機(jī)械研磨快速減薄到一定厚度，該過(guò)程要保證研磨的損傷層不在埋氧層中，之后用TMAH溶液腐蝕