SOI材料的制備技術(shù)

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1、第26卷第6期稀有金屬2002年11月Vol.26№.6CHINESEJOURNALOFRAREMETALSNovember2002XSOI材料的制備技術(shù)3肖清華,屠海令,周旗鋼,王敬,常青,張果虎(北京有色金屬研究總院有研半導(dǎo)體材料股份有限公司,北京100088)摘要:SOI材料被譽(yù)為“二十一世紀(jì)硅集成電路技術(shù)”的基礎(chǔ)。它可消除或減輕體硅中的體效應(yīng)、寄生效應(yīng)及小尺寸效應(yīng)等,在超大規(guī)模集成電路、光電子等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。介紹了注氧隔離、智能剝離、硅片剝離及外延層轉(zhuǎn)移等幾種主要的制備SOI材料的方法及近期相關(guān)的研

2、究成果。降低制造成本、提高材料質(zhì)量以及獲得足夠薄的頂部硅層是近年來(lái)SOI材料制備技術(shù)改進(jìn)的目標(biāo)。關(guān)鍵詞:SOI;注氧隔離;智能剝離;硅片鍵合與減薄;外延層轉(zhuǎn)移+中圖分類號(hào):TN304112文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0258-7076(2002)06-0460-08SOI材料,即絕緣體上硅材料,被國(guó)際上公認(rèn)1藍(lán)寶石上外延硅技術(shù)(Silicon2on2[1]為“二十一世紀(jì)硅集成電路技術(shù)”的基礎(chǔ)。它能Sapphire,SOS)突破體硅材料的諸多限制,可有效消除MOS電路[3]中的閂鎖效應(yīng)、減小漏源區(qū)的寄生電容、易形成淺SO

3、S技術(shù)是開發(fā)最早的絕緣體上長(zhǎng)硅技術(shù)。結(jié),能有效抑制MOS器件的小尺寸效應(yīng),在航天該方法是通過(guò)硅烷熱分解在藍(lán)寶石單晶拋光片上領(lǐng)域、光電子領(lǐng)域,以及微機(jī)械系統(tǒng)、三維立體電外延生長(zhǎng)一層硅膜。利用類似的技術(shù),還獲得其它路、混合電路等方面有廣闊的應(yīng)用前景。此外SOI異質(zhì)外延SOI材料,包括立方晶系氧化鋯上生長(zhǎng)材料在深亞微米ULSI技術(shù)和低壓低功耗電路中有硅、尖晶石上生長(zhǎng)硅、外延氟化鈣上生長(zhǎng)硅、磷化明顯的優(yōu)勢(shì)和潛力。預(yù)計(jì)在特征線寬<100nm的硼上生長(zhǎng)硅、氮化鋁上長(zhǎng)硅以及碳化硅上生長(zhǎng)硅集成電路中SOI材料有可能成為主流產(chǎn)品,到

4、等。由于硅和藍(lán)寶石的晶格失配和熱失配,長(zhǎng)出的2008年SOI材料將占硅片市場(chǎng)的50%以上。SOS膜中存在壓應(yīng)力,缺陷密度高,產(chǎn)生堆垛層第一個(gè)生長(zhǎng)在絕緣體上的單晶硅薄膜材料于錯(cuò)、微孿晶等,并存在藍(lán)寶石中鋁的外擴(kuò)散自摻60年代初期得到。80年代后期,SOI的制備技術(shù)雜。隨著固相外延和雙固相外延等技術(shù)的引入,硅[2]有了突破性的進(jìn)展,多種SOI制備方法被開發(fā)。[4,5]膜的質(zhì)量得到大大改善。SOI材料的制備可以氣相外延生長(zhǎng)為基礎(chǔ),如藍(lán)寶這些異質(zhì)外延SOI材料在應(yīng)用時(shí)也會(huì)遇到一石上外延硅技術(shù);也可以固相外延為基礎(chǔ),如區(qū)融些

5、問(wèn)題。首先在硅工藝中不希望處理藍(lán)寶石、氧化再結(jié)晶技術(shù)(ZMR);還有的是利用特殊的處理方鋯、氟化鈣及磷化硼之類材料,原因是這些材料易法把薄硅層從體硅中隔離出來(lái),如多孔氧化硅全造成污染;其次,藍(lán)寶石、氧化鋯、氟化鈣、尖晶隔離技術(shù)(FIPOS)和注氧隔離技術(shù)(SIMOX);另外石等材料是半透明的,致使采用大生產(chǎn)用的步進(jìn)有一類方法是把氧化后的硅片鍵合到襯底上然后減薄,如硅片鍵合與背面腐蝕技術(shù)(BESOI)。最近式光刻機(jī)、顆粒計(jì)數(shù)器及測(cè)定膜厚困難。另外,幾年,SOI材料制備技術(shù)漸趨成熟,材料質(zhì)量更有SOS片非常脆、易破裂,

6、這對(duì)其應(yīng)用也是一很大的較大的改善。本文旨在介紹SOI材料的主要制備技制約因素。目前,主要利用SOS片耐輻射性強(qiáng)的特術(shù)及近期取得的研究進(jìn)展。點(diǎn)應(yīng)用于軍事航天領(lǐng)域。X收稿日期:2001-12-19;修訂日期:2002-04-02基金項(xiàng)目:有色金屬研究總院基金項(xiàng)目(6601)作者簡(jiǎn)介:肖清華(1972-),男,江西吉安人,博士研究生;研究方向:半導(dǎo)體硅材料3通訊聯(lián)系人(E2mail:gritekxqh@sohu.com)6期肖清華等SOI材料的制備技術(shù)4612外延橫向覆蓋生長(zhǎng)(EpitaxialLayerOver2Gro

7、wth,ELO)這種方法是先在(100)硅片上生長(zhǎng)一層SiO2,并在上面刻出籽晶窗口,窗口邊緣沿〈010〉方向;然后硅片放入常壓或減壓外延室進(jìn)行外延生長(zhǎng),生長(zhǎng)時(shí)外延層從籽晶開始,朝〈010〉方向橫向掃過(guò)[6,7]生成一層單晶硅膜。該方法的主要缺點(diǎn)是,橫圖1SIMOX工藝示意圖向生長(zhǎng)速率和縱向生長(zhǎng)速率之比接近于1,為了覆Fig.1SchematicdiagramofSIMOXprocessing蓋直徑較小的襯底亦需生長(zhǎng)一層厚厚的膜,之后還要減薄才能獲得器件要求的薄的頂層硅膜。流離子注入以及高溫退火均給工藝帶來(lái)高額的成

8、新的改進(jìn)包括以溴氣代替氯化氫做腐蝕氣體本。另外,離子注入工藝容易把缺陷和應(yīng)力引入頂[8]以及隧道外延(或稱限制橫向外延生長(zhǎng))。目前,部硅層,產(chǎn)生大量的位錯(cuò)。離子注入形成的隱埋氧該工藝生長(zhǎng)薄的頂層硅膜比較困難,其應(yīng)用領(lǐng)域化層(BOX層)常出現(xiàn)針孔缺陷、硅包體等,完整性主要是需要厚膜的抗輻射電路,另外在三維立體差。為避免高劑量注入工藝中缺陷和應(yīng)力引入問(wèn)電路方面有