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制造SOI晶圆的三种主要技术
来源: | 作者:id1506174 | 发布时间: 2024-01-25 | 836 次浏览 | 分享到:

SOI(Silicon-on-Insulator):

即绝缘体上硅,在绝缘衬底上异质外延硅获得的外延材料,衬底绝缘制作的电路采用介质隔离,因而具有寄生电容小、短沟道效应小、继承密度高、速度快、抗辐射能力强等优点。


制造SOI晶圆的技术主要有三种:


SIMOX 技术:SIMOX ( Separate by IMplant Oxygen ),又称注氧隔离技术。


此方法有两个关键步骤:离子注入和退火。在注入过程中,氧离子被注入圆片里,与硅发生反应形成二氧化硅沉淀物。然而注入对圆片造成相当大的损坏,而二氧化硅沉淀物的均匀性也不好。随后进行的高温退火能帮助修复圆片损坏层并使二氧化硅沉淀物的均匀性保持一致。这时圆片的质量得以恢复而二氧化硅沉淀物所形成的埋层具有良好的绝缘性。





SIMOX技术的优点是:


能形成比较均匀的埋层氧化物Buried Oxide—BOX,因为可以通过控制注入能量来控制BOX上硅的厚度;BOX与顶层硅之间的界面也非常平整。


SIMOX技术的缺点是:


BOX和顶层硅的厚度只能在有限的范围内进行调整,BOX的厚度通常不超过240nm(厚度太薄会导致顶层与衬底击穿,顶层硅薄膜和衬底之间的寄生电容会增加),而顶层硅薄膜厚度不超过300nm(厚度不够,需要进行硅的外延来补足,然后CMP平坦化处理,成本过高);另外,SIMOX还会造成表层薄膜损伤,顶层硅薄膜的晶体质量不及体单晶硅,埋层SiO2的晶体质量不如热氧化生长的SiO2SIMOX需要用上昂贵的大束流注氧专用离子注入机,还需要长时间的高温退火工艺,成本较高。

 


BESOI技术键合和背面腐蚀绝缘体上硅技术。


通过键合技术把两片晶圆紧密键合在一起,在硅和二氧化硅或二氧化硅和二氧化硅之间使用键合技术,两个晶圆能够紧密键合在一起,并且在中间形成二氧化硅层充当绝缘层。将键合晶圆一侧通过腐蚀、研磨减薄到所要求的厚度后得以制成。这个过程分三步来完成。第一步是在室温的环境下使一热氧化圆片在另一非氧化圆片上键合;第二步是经过退火增强两个圆片的键合力度;第三步通过研磨、抛光及腐蚀来消薄其中一个晶圆到所要求的厚度。



BESOI可以避免SIMOX技术带来的问题(注入伤害、BOX和顶层硅薄膜厚度不足),而且BOX是热氧化膜,缺陷和针孔密度均较低,顶层硅薄膜是硅体单晶,晶体质量优;但是,难以获得很薄的顶层硅薄膜,另外,界面缺陷和顶层硅薄膜的均匀性难以控制,而且也涉及高成本的回刻和CMP工艺,也会浪费很多晶圆材料,不能回收利用,成本较高。
 

Smart-cut 技术:智能剥离技术。


Smart-cut 技术是键合技术的一种延伸。第一步是将一片晶圆氧化,在晶圆表面生成固定厚度的 SiO2。第二步是利用离子注入技术,向晶圆的固定深度注入氢离子。第三步是将另外一片晶圆与氧化晶圆键合。第四步是利用低温热退火技术,氢离子形成气泡,令一部分硅片剥离。然后利用高温热退火技术增加键合强度。第五步是将硅表面平坦化。这项技术是国际公认的 SOI 技术发展方向,埋氧层厚度完全由氢离子注入深度决定,更加准确。而且被剥离出的晶圆可以重复利用,大大降低了成本。