| Diameter |
4" |
5" |
6" |
8" |
| Device Layer |
Dopant |
Boron, Phos, Arsenic, Antimony, Undoped |
| Orientation |
<100>, <111> |
| Type |
SIMOX, BESOI, Simbond, Smart-cut |
| Resistivity |
0.001-20000 Ohm-cm |
| Thickness (um) |
0.2-150 |
| The Uniformity |
<5% |
| BOX Layer |
Thickness (um) |
0.4-3 |
| Uniformity |
<2.5% |
| Substrate |
Orientation |
<100>, <111> |
| Type/Dopant |
P Type/Boron , N Type/Phos, N Type/As, N Type/Sb |
| Thickness (um) |
300-725 |
| Resistivity |
0.001-20000 Ohm-cm |
| Surface Finished |
P/P, P/E |
| Particle |
<10@.0.3um |
SOI結(jié)構(gòu)的優(yōu)點大致可以歸納為如下幾個方面：
(1)由于它是介質(zhì)隔離,寄生電容小,對高速和高集成度的IC電路特別有利
(2)由于介質(zhì)隔離,降低了噪聲,并提高了線路和器件的抗輻射性能。
(3)抑制了CMOS電路的“鎖住”( latch-u-up)問題。
SOI與SOS相比,SOI材料的完整性比sos好得多,比SOS應用的范圍也廣泛CMOS電路中采用SOI結(jié)構(gòu),可以減少掩蔽次數(shù),也不需要隔離擴散,使線路布局簡化,提高集成度。SOS中Si與Al2O3的熱膨脹系數(shù)不匹配,硅層內(nèi)有壓縮應力。此外,SO1的功耗和襯底成本都比SOS低得多,SOS沒有實現(xiàn)三維器件結(jié)構(gòu)功能。
從目前情況來看,有的SOI技術已初步走向?qū)嵱没?只要能進一步克服工藝和材料質(zhì)量問題,實用化是沒有問題的,某些SOI技術可以用于三維IC的制造SOI結(jié)構(gòu)材料制備的方法有很多種,下面簡要介紹幾種主要的方法:
1.熔化橫向生長
這種方法的基本工藝是在硅襯底上形成一層SO膜,然后在膜上淀積多晶或非晶硅所淀積的多晶或非晶硅局部熔化,移動熔區(qū)則在熔區(qū)前的多晶或非晶硅熔化,而熔區(qū)后面則進行再結(jié)晶。這種方法由于形成熔區(qū)的熱源不同可分成:①激光束熔化再結(jié)晶;②電子束熔化再結(jié)晶;③石墨帶狀加熱橫向有籽晶再結(jié)晶;光照熔融再結(jié)晶法等四種。由于其加熱方式不同,所以設備和具體工藝有很大的差別,結(jié)果也不一樣,各自有自己的優(yōu)缺點。早期這類方法研究得比較活躍。
2.CVD橫向生長
CVD橫向生長法是在SiO2上進行側(cè)向鋪伸外延生長,簡稱ELO( Epitaxial Lateral Over growth)法。它是在選擇外延上發(fā)展起來的,很受人們重視。這是因為硅外延生長技術比較成熟,處理溫度低(1050~1150℃),遠低于Si熔化溫度,不會引起嚴重的襯底雜質(zhì)的再分布,并且有希望用于三維IC的制作
本方法的基本過程是,在SiO2膜上用光刻技術開出襯底的窗口,在窗口處外延生長硅,抑制在SiO2表面上硅成核。當窗口區(qū)長滿硅后,再以足夠大的橫縱向生長速度比進行側(cè)向鋪伸外延。這個方法的關鍵在于如何抑制在SiO2上成核,目前利用生長/腐蝕工藝來解決這個問題,即每生長一段時間后停止生長,通入HCl氣相腐蝕,以除去在SiO2上淀積的硅。然后進行第二次生長/腐蝕,直到窗口長滿,繼續(xù)重復生長/腐蝕進行側(cè)向生長,最后硅膜連成一片并長到要求的厚度、所得的SOI結(jié)構(gòu)的硅膜電學性質(zhì)和器件性質(zhì)和相同條件下常規(guī)外延生長的膜相近?，F(xiàn)在還不能完全除去SiO2膜上的多晶核,使ELO膜的質(zhì)量受到影響,另外橫向生長的寬度還不是很寬。
3.氧離子注入形成SOI結(jié)構(gòu)
這種方法也叫做 SIMOX法(Separation by Implanted Oxygen)。它是利用注氧離子形成符合化學計量比的SiO2埋層的方法。注入的氧離子量約為1.2~1.8×10/cm2。埋層深度和注入能量有關,若埋層深度為0.5μm,則注入能量約為500keV,若深度為1um,則需要1MeV
氧離子注入時,為了得到突變的Si—SiO2界面,通常把注入劑量適當過量,略大于1.8×1018/cm2。劑量不足時,在上界面處會出現(xiàn)孿晶層。圖5-22是注入劑量與SiSIO2界面狀態(tài)的示意圖。
氧離子注入后,必須進行高溫退火熱處理,使O與Si作用形成SiO2并消除晶格的損傷,處理溫度為1150~1250℃,時間為2h。退火前,在硅片表面淀積一層SiO2能有助于提高退火效果并能減少表面缺陷。
SIMOX法簡單易行,能得到良好的單晶層與常規(guī)硅器件工藝完全相容。它可以說是目前SOI技術中最引人注意的,但不足的是它無法做成三維的器件。
4.硅片面鍵合法
這種方法是將兩片硅片通過表面的SiO2層鍵合在一起,再把背面用腐蝕等方法減薄獲得SOI結(jié)構(gòu)。實施的辦法之一是,將兩片硅的拋光片一片氧化形成SiO2膜,將另一片貼在其上,在氧氣氛中熱處理,在氧化熱處理過程中通過界面的硅氧鍵的聚合作用而黏結(jié)在一起。這種方法比較簡單,但減薄處理比較困難,另外對片子的平整度要求高,否則整個界面很難完全貼合。這種方法目前發(fā)展較快。
SOI技術已經(jīng)研究很多年,取得一些結(jié)果,各先進工業(yè)國都投入不少力量進行研究,一旦獲得突破性的進展,其應用前景是十分廣闊的。
