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單晶矽片
絕緣片(SOI)
5-6-2SOI技術
       为了提高集成电路的集成度和速度,降低功耗必须缩小器件的尺寸。但当器件的尺寸缩小到亚微米范围以内时,常规的结构就不适应了,从而导致SOI( Silicon On Insulator或Semi- conductor On Insulator)结构的发展,也就是把器件制作在绝缘衬底上生长的硅单晶层上。SOI结构开始是针对亚微米CMOS器件提出来以取代不适合要求的常规结构以及已经应用的sos结构(sos可以看成是SOI的一种形式),但SOI结构很快也成为实现高速集成电路及三维集成电路的新途径(但不是所有的SOI结构都可以用来做三维集成电路),是当前半导体材料研究的一个热点问题。
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商品詳情
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結構的優點大致可以歸納爲如下幾個方面:
(1)由于它是介質隔離,寄生電容小,對高速和高集成度的IC電路特別有利
(2)由于介質隔離,降低了噪聲,並提高了線路和器件的抗輻射性能。
(3)抑制了CMOS电路的“锁住”( latch-u-up)问题。
 
     SOI与SOS相比,SOI材料的完整性比sos好得多,比SOS应用的范围也广泛CMOS电路中采用SOI结构,可以减少掩蔽次数,也不需要隔离扩散,使线路布局简化,提高集成度。SOS中Si与Al2O3的热膨胀系数不匹配,硅层内有压缩应力。此外,SO1的功耗和衬底成本都比SOS低得多,SOS没有实现三维器件结构功能。
       從目前情況來看,有的SOI技術已初步走向實用化,只要能進一步克服工藝和材料質量問題,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結構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矽襯底上形成一層SO膜,然後在膜上澱積多晶或非晶矽所澱積的多晶或非晶矽局部熔化,移動熔區則在熔區前的多晶或非晶矽熔化,而熔區後面則進行再結晶。這種方法由于形成熔區的熱源不同可分成:①激光束熔化再結晶;②電子束熔化再結晶;③石墨帶狀加熱橫向有籽晶再結晶;光照熔融再結晶法等四種。由于其加熱方式不同,所以設備和具體工藝有很大的差別,結果也不一樣,各自有自己的優缺點。早期這類方法研究得比較活躍。

2.CVD橫向生長
       CVD横向生长法是在SiO2上进行侧向铺伸外延生长,简称ELO( Epitaxial Lateral Over growth)法。它是在选择外延上发展起来的,很受人们重视。这是因为硅外延生长技术比较成熟,处理温度低(1050~1150℃),远低于Si熔化温度,不会引起严重的衬底杂质的再分布,并且有希望用于三维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,在窗口處外延生長矽,抑制在SiO2表面上矽成核。當窗口區長滿矽後,再以足夠大的橫縱向生長速度比進行側向鋪伸外延。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,即每生長一段時間後停止生長,通入HCl氣相腐蝕,以除去在SiO2上澱積的矽。然後進行第二次生長/腐蝕,直到窗口長滿,繼續重複生長/腐蝕進行側向生長,最後矽膜連成一片並長到要求的厚度、所得的SOI結構的矽膜電學性質和器件性質和相同條件下常規外延生長的膜相近。現在還不能完全除去SiO2膜上的多晶核,使ELO膜的質量受到影響,另外橫向生長的寬度還不是很寬。

3.氧離子注入形成SOI結構
       这种方法也叫做 SIMOX法(Separation by Implanted Oxygen)。它是利用注氧离子形成符合化学计量比的SiO2埋层的方法。注入的氧离子量约为1.2~1.8×10/cm2。埋层深度和注入能量有关,若埋层深度为0.5μm,则注入能量约为500keV,若深度为1um,则需要1MeV
       氧離子注入時,爲了得到突變的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,在上界面處會出現孿晶層。圖5-22是注入劑量與SiSIO2界面狀態的示意圖。
       氧离子注入后,必须进行高温退火热处理,使O与Si作用形成SiO2并消除晶格的损伤,处理温度为1150~1250℃,时间为2h。退火前,在矽片表面淀积一层SiO2能有助于提高退火效果并能减少表面缺陷。
       SIMOX法簡單易行,能得到良好的單晶層與常規矽器件工藝完全相容。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.矽片面键合法
       这种方法是将两片矽片通过表面的SiO2层键合在一起,再把背面用腐蚀等方法减薄获得SOI结构。实施的办法之一是,将两片硅的抛光片一片氧化形成SiO2膜,将另一片贴在其上,在氧气氛中热处理,在氧化热处理过程中通过界面的硅氧键的聚合作用而黏结在一起。这种方法比较简单,但减薄处理比较困难,另外对片子的平整度要求高,否则整个界面很难完全贴合。这种方法目前发展较快。
SOI技術已經研究很多年,取得一些結果,各先進工業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。
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