第5章硅外延生长

1、第五章 硅外延生长外延生长概述硅衬底制备硅的气相外延生长硅外延层电阻率的控制硅外延层的缺陷硅的异质外延125-1 外延生长概述外延生长：一定条件下，在经过切、磨、抛等仔细加工的单晶衬底上，生长一层合乎要求的单晶层方法。外延生长用来生长薄层单晶材料，即薄膜（厚度为几微米） 。生长的这层单晶层叫外延层，沿着原来的结晶方向生长，是衬底晶格的延伸。合乎要求：导电类型、电阻率、厚度和晶格结构、完整性等。外延生长的分类1、根据衬底和外延层材料是否相同同质外延异质外延2、根据外延层在器件制作过程中的作用正外延反外延3、根据生长方法的不同直接外延间接外延4、根据在生长过程中向衬底输送原子的方法不同真空外延气相

2、外延液相外延5、根据生长过程中相变过程不同气相外延液相外延固相外延34外延生长的特点：（1）低（高）阻衬底上外延生长高（低）阻外延层；（2）P（N）型衬底上外延生长N（P）型外延层；（3）与掩膜技术结合，在指定的区域进行选择外延生长；（4）外延生长过程中根据需要改变掺杂的种类及浓度；（5）生长异质，多层，多组分化合物且组分可变的超薄层；（6）实现原子级尺寸厚度的控制；（7）生长不能拉制单晶的材料；5外延层应满足的条件：（1）表面平整、光亮，没有表面缺陷；（2）晶体完整性好，位错和层错密度低；（3）外延层的本底杂质浓度低，补偿少。（4）异质外延，外延层与衬底的组分间应突变，并尽量降低 外延层和衬

3、底间组分互扩散；（5）掺杂浓度控制严格，分布均匀，要求均匀的电阻率；（6）外延层的厚度符合要求，均匀性、重复性好；（7）衬底埋层图形因外延工艺发生畸变较小。（8）外延片直径尽可能大。（9）化合物半导体外延层和异质结外延热稳定性要好。65-2 硅衬底制备定向切片倒角研磨腐蚀抛光清洗检测75-3 硅的气相外延生长 硅外延生长的原料 硅外延生长设备 硅外延生长工艺基本工艺 SiCl4的浓度 温度 气流速度 衬底晶向影响因素 生长动力学过程 边界层及其特性 动力学模型生长机理8 5-3-1 硅外延生长用的原料气相硅外延生长：高温下挥发性强的硅源与氢气发生反应（氢还原）或热解（热分解），生成的硅原子淀积

4、在硅衬底上长成外延层。常使用的硅源: SiH4、SiH2Cl2、SiHCl3和SiCl4。9SiHCl3和SiCl4常温下是液体，外延生长温度高。但生长速度快，易纯制，使用安全，是较通用的硅源。SiH2Cl2常温下是气体，使用方便并且反应温度低。SiH4是气体，外延特点：反应温度低、无腐蚀性气体、可得到杂质分布陡峭的外延层。缺点: 要求生长系统具有良好的气密性，漏气会产生大量的外延缺陷；SiH4在高温和高浓度下易发生气相分解，生成粉末状硅使外延无法进行。10 硅衬底的处理：衬底经切、磨、抛等工艺仔细加工而成；外延前要严格的清洗、烘干； 为提高外延层的完整性，生长前在反应室中进行原位化学腐蚀抛光

5、，以获得洁净的硅表面；常用的化学腐蚀剂为干燥的HCl或HBr（硅烷用SF6）。 控制外延层的电特性，通常使用液相或气相掺杂法。N型掺杂剂：PCl3、PH3和AsCl3；P型掺杂剂：BCl3、BBr3和B2H6等。11 5-2-2 硅外延生长设备 设备组成：氢气净化系统、气体输运及控制系统、加热设备和反应室。系统分水平式和立式两种。立式外延炉，外延生长时基座不断转动，外延层均匀性好，生产量大。加热方式: 高频感应加热和红外辐射加热。12水平式反应器13立式反应器14 5-3-3 硅外延生长基本工艺 单晶定向后，用内（外）圆/线切割机切成厚度为400550 m的薄片； 磨片机上用金刚砂磨平（倒角）

6、后，再用SiO2胶体溶液抛光成镜面，制成衬底; 清洗甩（烘）干后，放在基座上； 封闭反应室通高纯H2排除反应室中的空气； 启动加热系统，调整温度到所需温度。 反应所需的氢气经净化器提纯, 一路通反应室，另一路通硅源容器, 携带硅源入反应室。15 生长前用干燥的HCl或Br（HBr）在高温下对衬底进行气相抛光处理； 调整反应室温度至生长温度，按需要通入硅源和氢气进行硅外延生长； 按实验求得的生长速率和所需要的外延层厚度来确定生长时间； 生长结束时，停止通硅源，但继续通氢气并降温至室温，取出外延片进行参数测试。16 5-2-4 硅外延生长的基本原理和影响因素以SiCl4源介绍其生长原理及影响因素。

7、SiCl4氢还原的基本反应方程 SiCl4+2H2 Si+4HCl17181.SiCl4浓度对生长率的影响随着浓度增加随着浓度增加,生长速率先增大后减小生长速率先增大后减小.192.温度对生长速率的影响温度较低时,生长速率随温度升高呈指数规律上升较高温度区,生长速率随温度变化较平缓.203.气流速度对生长速率的影响l反应物浓度和生长温度一定时，水平式反应器中的生长速率与总氢气流速的平方根成正比。l立式反应器，流速较低时生长速度与总氢气流速平方根成比例；流速超过一定值后，生长速率达到稳定的极限值而不再增加。214.衬底晶向的影响常压外延生长条件下（SiCl4+H2源，生长温度T=1280，SiC

8、l4浓度0.1%）注意：偏离111晶向不同角度的衬底相应有一个最大允许生长速率（临界生长速度），超过此速率生长外延层时会出现缺陷。22 5-2-5 硅外延生长动力学过程硅外延生长动力学模型主要有两种：i)气-固表面复相化学反应；ii）气相均质反应。复相化学反应模型：（1）反应物气体混合向反应区输运；（2）反应物穿过边界层向衬底表面迁移；（3）反应物分子被吸附在高温衬底表面上；23（4）衬底表面发生化学反应。（5）副产物气体从表面脱附并穿过边界层向气流中扩散。（6）气体副产物和未反应的反应物，离开反应区被排出系统。过程依序进行，总的生长速率由其中最慢的一步决定。决定速率的步骤称速率控制步骤速率控

9、制步骤。24 低温时，固-气表面上的反应最慢 决定整个生长过程的速度。过程称表面反应控制过程或动力学控制过程。 正常条件下，表面反应很快，主气流中的反应物以扩散方式输运到表面的过程最慢，过程称质量输运控制过程。25均质反应模型：外延生长反应是在衬底表面几微米的空间中发生；反应生成的原子或原子团再转移到衬底表面上完成晶体生长；反应浓度很大，温度较高时可能在气相中成核并长大；例，高浓度SiH4高温热分解。结论结论：复相反应和均质反应， 都认为反应物或反应生成物要通过体系中的边界层达到衬底表面。265-2-6 边界层及其特性边界层（附面层或停滞层、滞流层） ：接近基座表面的流体中出现一个流体速度受干

10、扰而变化的薄层。薄层厚度（ ）：贴近平板至流速为0.99 0的厚度。27边界层厚度与流体流速、流体的粘滞系数、流体密度和在平板的位置x有关。 A：常数；Re：雷诺数，无量纲，表示流体惯性力与粘滞力大小之比； 由Re值的大小可判断系统中流体的状态。Re大于一定值时流体为湍流湍流，小于某一值时为层流层流，介于两值之间时则湍流和层流两种状态共存。Re/xA)x(00AxxvAx28扩散层（质量边界层或附面层）：具有反应物浓度梯度的薄层。3r033pxPr)(/)(xDxc ：普兰特数，无量纲数。D：反应物的扩散系数。DPr流体Pr 1， c（x）；气体， Pr=0.60.8, (x)c。29发热的平

11、板上方, 气体中存在着一个温度变化的薄层，叫温度边界层(附面层)。305-3 硅外延层电阻率的控制不同器件对外延层的电参数要求不同。 5-3-1 外延层中的杂质及掺杂一、外延层中杂质来源外延层中总的载流子浓度N总可表示为N总=N衬底N气N邻片N扩散N基座N系统正负号由杂质类型决定，与衬底中杂质同类型取正号，与衬底中杂质反型取负号。31杂质不是来源于衬底片称为外掺杂外掺杂。如：如： N气、N基座、N系统杂质来源于衬底片，称为自掺杂自掺杂。如：如： N扩散、N衬底、N邻片结论：尽管外延层中的杂质来源于各方面，但决定外延层电阻率的主要原因还是人为控制的掺杂剂的多少；即N气起主导作用。32二、外延生长

12、的掺杂N型掺杂剂：PCl3、AsCl3、SbCl3和AsH3；P型掺杂剂：BCl3、BBr3、B2H6。 SiCl4为源，卤化物作掺杂剂，使用两个SiCl4挥发器。调节挥发器的氢气流量和温度，控制外延片的电阻率。AsH3、B2H6等氢化物掺杂剂，纯H2将它们稀释后装钢瓶，控制它和通过SiCl4挥发器的H2流量调整外延层的电阻率。 SiH4为源, 掺杂剂使用AsH3、B2H6。高阻P型外延层，常用低阻P型衬底自掺杂效应实现掺杂。335-3-2 外延中杂质的再分布 希望外延层和衬底界面处的掺杂浓度很陡； 衬底中的杂质会扩散进入外延层，致使外延层和衬底之间界面处的杂质浓度梯度变平。N1（x，t）：重

13、掺杂衬底扩散造成的杂质浓度分布；N2（x，t）：外部掺入的杂质浓度分布曲线。总的杂质浓度 N（x，t）=N1（x，t）N2（x，t）34注意：外延层的实注意：外延层的实际界面际界面外延层中杂质分布是外延层中杂质分布是两者的总和两者的总和 Dt2xexpN21xNSUb1衬底扩散造成的杂质分布衬底扩散造成的杂质分布 Dt2xexpN21xNf2外部掺入的杂质浓度分布外部掺入的杂质浓度分布355-3-3 外延层生长中的自掺杂自掺杂效应：衬底中的杂质进入气相中再掺入外延层。自掺杂造成的影响： 外延层电阻率的控制受到干扰； 衬底外延层界面处杂质分布变缓； 器件特性偏离，可靠性降低； 妨碍双极型集成电路

14、提高速度和微波器件提高频率。36抑制自掺杂的方法：1.尽量减少杂质由衬底逸出。（1）使用蒸发速度较小的杂质做衬底和埋层中的杂质。（2）外延生长前高温加热衬底。（3）背面封闭技术。（4）采用低温外延技术和不含有卤原子的硅源。（5）二段外延生长技术。2. 减压生长技术, 使已蒸发到气相中的杂质尽量不再进入外延层。37 5-3-4 外延层的夹层外延层的夹层：外延层和衬底界面附近出现高阻层或反型层。两种类型：（1）导电类型混乱，击穿图形异常，用磨角染色法观察，界面不清晰；（2）导电类型异常，染色观察会看到一条清晰的带。夹层产生的原因：（1）P型杂质沾污，造成N型外延层被高度补偿；（2）衬底中基硼的含量

15、大于31016cm-3时，外延层容易出现夹层。38防止夹层出现的方法：（1）提高重掺单晶质量，绝不能用复拉料或反型料拉重掺单晶；（2）工艺中防止引入P型杂质，降低单晶中B的含量，（3）外延生长时先长一层N型低阻层（如0.1cm）作为过渡层，可控制夹层。由于硅单晶质量和外延生长技术水平的提高，夹层已很少出现。39 5-4 硅外延层的缺陷外延片中的缺陷分两类：（1）表面缺陷（宏观缺陷）。如云雾、划道、亮点、塌边、角锥、滑移线等。（2）内部结构缺陷（微观缺陷）。如：层错、位错等。 5-4-1 外延片的表面缺陷1.云雾状表面表面呈乳白色条纹，肉眼即可看到。起因：氢气纯度低，H2O过多或气相抛光浓度过大

16、，生长温度太低。402.角锥体（三角锥或乳突）形状象沙丘，用肉眼可看见。防止角锥体产生采取的措施：选择与（111）面朝110偏离34的晶向切片，提高临界生长速度；降低生长速度；防止尘埃及碳化物沾污，注意清洁等。41雾状表面缺陷雾状表面缺陷雾圈雾圈 白雾白雾 残迹残迹 花雾花雾雾圈雾圈 白雾白雾 残迹残迹 花雾花雾42角锥体角锥体433.亮点外形为乌黑发亮的小圆点。 4060倍显微镜下呈发亮的小突起。大者为多晶点，可因系统沾污，反应室硅粉，SiO2粒脱落，气相抛光不当或衬底装入反应室前表面有飘落的灰尘等引起。细小的亮点多半由衬底抛光不充分或清洗不干净造成。444.塌边（取向平面）外延生长后片子边

17、缘部分比中间部分低，形成一圈或一部分宽12mm左右的斜平面，是无缺陷的完整的（111）面。形成塌边的原因：衬底加工时造成片边磨损而偏离衬底片晶向。如倾斜面为（111）面，在外延时它会扩展而长成（111）取向小平面。455.划痕一般由机械损伤引起，用铬酸腐蚀液腐蚀时会在其两旁出现成行排列的层错。6.星形线（滑移线）外延层表面出现平行的或顺110方向伸展的线条，高低不平肉眼可见。铬酸腐蚀液腐蚀后在线的一侧出现位错排。起因：与硅片在加热过程中受到的热应力有关，采用衬底边缘倒角的办法来消除。46 划痕：由机械损伤引起划痕：由机械损伤引起 星形线（滑移线）：星形线（滑移线）：47 5-4-2 外延层的内

18、部缺陷1.层错硅外延生长时，外延层常常含有大量的层错。外延层层错形貌分为单线、开口、正三角形、套叠三角形和其他组态。48 大多数层错核产生在衬底-外延层交界处； 沿（111）面传播，并随外延层的长厚而增大。如（111）面外延层错的边长为 l，由几何学关系，可求出外延层的厚lld816. 03249消除层错的办法：（1）仔细制备衬底，无滑痕、亮点、表面清洁光亮，反应系统要严格清洗，密封不漏气。（2）外延前用HCl，Br2等进行气相抛光，除去衬底表面残留的损伤层。（3）衬底外延前热处理。外延前1210，H2气氛处理15min，可使层错密度由105cm-2下降到102cm-2。外延后，450处理，层

19、错开始消除；600以上处理几分钟可以消除70%90%的层错。502.位错 处理好的衬底上用正常方法生长的外延层中，位错密度大致与衬底的位错密度相近或稍少一些。 基座上温度分布不好，片子直径又大，片子内将形成一个温度梯度，产生的位错密度为 rTbaDNa：热膨胀系数，b：Si的特征柏氏矢量。 51 掺杂或异质外延时引入位错。异类原子间原子半径的差异或两种材料晶格参数差异引入内应力。如：Si中B、P等原子共价半径比Si小，它们占据Si位置时，Si的点阵会收缩；Al、Sb、Sn的共价半径比Si大，它们代替Si后会使硅点阵扩张。掺B的硅衬底上生长掺P的硅外延层时，晶格点阵的失配会使外延片呈现弯曲。当弯

20、曲程度超过弹性范围，为缓和内应力出现的位错，称失配位错失配位错。52 采用应力补偿法消除位错，即在外延或扩散时，同时引入两种杂质。如P和Sn，它们因半径不同而产生的应变正好相反。双杂质技术：使用双掺杂源，浓度合适时，片子基本上不弯曲，消除失配位错的产生。53 5-4-3 微缺陷微缺陷：硅外延层经铬酸腐蚀液腐蚀后呈现浅三角坑或丘状物的缺陷，宏观看是一种“雾状”或“渍状”。起因：多种杂质沾污引起，Fe、Ni等影响最大。Fe的浓度达到1015cm-3时，明显地产生这种云雾状缺陷。消除方法：工艺中注意基座及工具的清洁处理，应用“吸杂技术”。54“吸杂技术”：将衬底背面打毛或用离子注入造成损伤，或生长S

21、i3N4、高缺陷密度的单晶层，多晶层等。高缺陷层中的位错与杂质作用形成柯垂耳气团，吸收有害杂质。55 5-5 硅的异质外延除了在硅衬底上进行硅的同质外延外，发展了在蓝宝石、尖晶石衬底上进行硅的“SOS”外延生长和在绝缘衬底上进行硅的“SOI”异质外延技术。5-5-1 SOS（Silicon On Sapphire or Spinel）技术 1.衬底材料的选择 外延层与衬底材料之间的相容性。晶体结构、熔点、蒸气压、热膨胀系数等对外延层的质量影响很大；56 硅外延的异质衬底最合适材料是蓝宝石和尖晶石。尖晶石上Si外延层的性质强烈依赖于衬底组分，组分因制备方法和工艺条件不同而异。蓝宝石的热导率高，制

22、备工艺成熟，工业生产上广泛使用蓝宝石做硅外延衬底。572.SOS外延生长SOS外延生长时，自掺杂效应比较严重。外延生长时，衬底表面的反应： Al2O3（s）+2HCl（g）+2H2（g）=2AlCl（g）+3H2O（g）低价铝的氯化物对衬底有腐蚀，导致外延层产生缺陷。58H2和淀积的硅也会腐蚀衬底，反应为：2H2（g）+Al2O3（s）=Al2O（g）+2H2O（g）5Si（s）+2Al2O3（s）=Al2O（g）+5SiO（g）+2Al（s） 衬底表面未被Si完全覆盖之前，腐蚀反应都在进行； 衬底表面被覆盖之后，腐蚀反应还会在衬底背面发生； 衬底表面被腐蚀，会增加外延层的缺陷，甚至局部长成多

23、晶； SiCl4对衬底腐蚀大于SiH4，采用SiH4热分解法有利。59解决生长和腐蚀矛盾的方法：双速率生长； 两步外延。双速率生长法：先用高的生长速率（12m/min），迅速将衬底表面覆盖(100200nm)，再以低的生长速率（约0.3m/min）长到所需的厚度。两步外延法：利用SiH4/H2和SiCl4/H2两个体系的优点。i)SiH4/H2体系迅速覆盖衬底表面；ii) SiCl4/H2体系生长到所需的厚度。605-5-2 SOI5-5-2 SOI技术技术 SOISOI技术是技术是IBMIBM公司公司首先开发成功的首先开发成功的芯片制造技术芯片制造技术 在在19981998年研制成功年研制成

24、功， 于于20002000年正式应用于年正式应用于其其PowerPC RS64IVPowerPC RS64IV芯片上的芯片上的半导体制造技术半导体制造技术。 SOISOI硅绝缘技术是指在半导体的绝缘层（如二氧化硅绝缘技术是指在半导体的绝缘层（如二氧化硅）上，通过特殊硅）上，通过特殊 工艺，再附着非常薄的一层硅，工艺，再附着非常薄的一层硅，在这层在这层SOISOI层之上再制造电子设备。层之上再制造电子设备。 此工艺可以使晶体管的充放电速度大大加快，提此工艺可以使晶体管的充放电速度大大加快，提高数字电路的开关高数字电路的开关 速度。速度。SOISOI与与传统的半导体生传统的半导体生产工艺（一般称为

25、产工艺（一般称为bulk CMOSbulk CMOS）相比）相比可使可使CPUCPU的性的性能提高性能能提高性能25%-35%25%-35%，降低功耗，降低功耗1.7-31.7-3倍倍。SOISOI：Silicon On Insulator Silicon On Insulator 绝缘体上的硅绝缘体上的硅61体硅CMOS技术62SOI(Silicon-On-Insulator: 绝缘衬底上的硅)技术63低压低压SOI器件器件体硅体硅SOI双栅双栅SOI64 SOI的的结构特点结构特点是在是在有源层和衬底层之间插入有源层和衬底层之间插入埋氧层埋氧层来隔断二者的电连接。来隔断二者的电连接。 SO

26、I和体硅在电路结构上的主要差别在于：和体硅在电路结构上的主要差别在于：硅硅基器件或电路制作在外延层上基器件或电路制作在外延层上，器件和衬底器件和衬底直直接产生电连接，高低压单元之间、有源层和衬接产生电连接，高低压单元之间、有源层和衬底层之间的隔离底层之间的隔离通过反偏通过反偏PN结完成结完成，而，而SOI电路的有源层、衬底、高低压单元之间都通过电路的有源层、衬底、高低压单元之间都通过绝缘层完全隔开，各部分的电气连接被完全消绝缘层完全隔开，各部分的电气连接被完全消除。除。 65为其带来了为其带来了寄生效应小、速度快、功耗低、集成度寄生效应小、速度快、功耗低、集成度高、抗辐射能力强高、抗辐射能力强

27、等诸多优点。等诸多优点。SOISOI的结构特点的结构特点和和相同条件下的相同条件下的体硅电路相比，体硅电路相比，SOI电路的速度可提高电路的速度可提高25-35%，功耗可下降，功耗可下降2/366SOI技术的挑战技术的挑战 1、SOI材料是材料是SOI技术的基础技术的基础 SOI技术发展有赖于技术发展有赖于SOI材料的不断进步，材料是材料的不断进步，材料是SOI技术发展的主要障碍之一技术发展的主要障碍之一 这个障碍目前正被逐渐清除这个障碍目前正被逐渐清除 SOI材料制备材料制备目前最常用的方法：目前最常用的方法： SDB SIMOX Smart-Cut ELTRAN67 SDB (Silico

28、n Direct Bonding)直接键合技术直接键合技术 SIMOX (Separating by Implanting Oxide )氧氧注入隔离注入隔离 Smart Cut智能切割智能切割 ELTRAN (Epoxy Layer Transfer)外延层转移外延层转移68 SDB(Silicon Direct Bonding)直接键合技术直接键合技术，是采用键合技术形成是采用键合技术形成SOI结构的结构的核心技术之一。核心技术之一。1.SDB 将两片硅片将两片硅片通过通过表面的表面的SiO2层键合在一起层键合在一起,再把背再把背面用腐蚀等方法减薄来获得面用腐蚀等方法减薄来获得SOI结构结

29、构69 当两个平坦的具有当两个平坦的具有亲水性亲水性表面的硅片（如被氧化表面的硅片（如被氧化的硅片）相对放置在一起时，即使在室温下亦回自的硅片）相对放置在一起时，即使在室温下亦回自然的发生键合。然的发生键合。亲水性是指材料表面与水分子之间有较强的亲和力亲水性是指材料表面与水分子之间有较强的亲和力. .通常表现为洁净固体表面能被水所润湿通常表现为洁净固体表面能被水所润湿通常认为，键合是由吸附在两个硅片表面上的通常认为，键合是由吸附在两个硅片表面上的OH-OH-在范德瓦尔斯力作用下相互吸引所引起的在范德瓦尔斯力作用下相互吸引所引起的在在室温下室温下实现的实现的键合键合通常通常不牢固不牢固，所以，所

30、以键合键合后还要进行退火后还要进行退火，键合的强度随退火温度的，键合的强度随退火温度的升高而增加。升高而增加。 键合后采用机械研磨或化学抛光的方键合后采用机械研磨或化学抛光的方法，将器件层的硅片减薄到预定厚度。法，将器件层的硅片减薄到预定厚度。 70n键合键合(Bonded)技术优缺点：技术优缺点：n硅膜质量高硅膜质量高n埋氧厚度和硅膜厚度可以随意调整埋氧厚度和硅膜厚度可以随意调整n适合于大功率器件及适合于大功率器件及MEMS技术技术n硅膜减薄一直是制约该技术发展的重要硅膜减薄一直是制约该技术发展的重要障碍障碍n键合要用两片体硅片制成一片键合要用两片体硅片制成一片SOI衬底，衬底，成本至少是体

31、硅的两倍成本至少是体硅的两倍7172SDB73SIMOX (Separating by Implanting Oxide )氧注入隔氧注入隔离，离，是通过是通过氧离子注入到硅片氧离子注入到硅片，再，再经高温退火经高温退火过程过程消消除注入缺陷而成除注入缺陷而成. .2.SIMOX 74O2O275 采用采用SIMOX技术制备的技术制备的硅膜均匀性较好，调整氧离子注硅膜均匀性较好，调整氧离子注入剂量可使厚度控制在入剂量可使厚度控制在50400nm的范围。的范围。但由于需要昂贵但由于需要昂贵的高能大束流离子注入机，还要经过高温退火过程，所以制备的高能大束流离子注入机，还要经过高温退火过程，所以制备

32、成本很高，价格非常贵。成本很高，价格非常贵。 采用采用SIMOX技术制备的技术制备的顶层顶层硅膜通常较薄硅膜通常较薄，为此，人们采，为此，人们采用在用在SIMOX基片上外延的方法来获得较厚的顶层硅基片上外延的方法来获得较厚的顶层硅，即所谓的，即所谓的ESIMOX（Epoxy SIMOX）技术）技术。但是厚外延将在硅膜中引。但是厚外延将在硅膜中引起较多的缺陷，因此起较多的缺陷，因此SIMOX技术通常用于制备薄硅膜、薄埋氧技术通常用于制备薄硅膜、薄埋氧层的层的SOI材料。材料。 7677各层性能各层性能2020世纪世纪9090年代年代今后今后上层上层SiSi的均匀性的均匀性/ /埃埃1001002

33、525SiOSiO2 2埋层厚度埋层厚度/um/um0.30.50.30.50.050.50.050.5SiOSiO2 2埋层的均匀性埋层的均匀性3%3%1%1%平均缺陷密度平均缺陷密度/cm/cm-2-210105 510104 410103 310102 2样品表面的粒子数样品表面的粒子数注入后注入后/cm/cm-2-2( (粒子大小粒子大小) )0.750.750.0160.016退火后退火后/cm/cm-2-2( (粒子大小粒子大小) )0.0160.0160.0160.016SIMOXSIMOX材料现在的水平和今后的需要材料现在的水平和今后的需要78nSIMOXSIMOX材料：材料：

34、n最新趋势是采用最新趋势是采用较小的氧注入剂量较小的氧注入剂量n显著改善顶部硅层的质量显著改善顶部硅层的质量n降低降低SIMOXSIMOX材料的成本材料的成本n低注入剂量低注入剂量( 4( 4 10101717/cm/cm2 2) )的埋氧厚度薄：的埋氧厚度薄：80080010001000n退 火 温 度 高 于退 火 温 度 高 于 1 3 0 0 1 3 0 0 ， 制 备 大 面 积， 制 备 大 面 积( ( 300mm)SIMOX300mm)SIMOX材料困难材料困难79 Smart CutSmart Cut智能切割智能切割兼具有兼具有SDBSDB和和SIMOXSIMOX的特点，的特

35、点，工艺流程包括工艺流程包括热氧化、注氢、热氧化、注氢、低温键合、热处理剥离、精密抛光低温键合、热处理剥离、精密抛光等。这种等。这种方法制得的方法制得的硅片顶部硅膜的均匀性相当好，硅片顶部硅膜的均匀性相当好，单片厚度偏差和片间偏差可控制在单片厚度偏差和片间偏差可控制在10nm10nm以内，以内，另外另外生产成本也可降低生产成本也可降低，因为不需要昂贵的，因为不需要昂贵的专用大束流离子注入机和长时间的高温退火，专用大束流离子注入机和长时间的高温退火，所以这是一种极有前途的所以这是一种极有前途的SOISOI制备技术。特制备技术。特别别适用于制备薄硅膜、厚埋氧层材料。适用于制备薄硅膜、厚埋氧层材料。

36、 3.Smart Cut8081nSmart-Cut技术是一种智能剥离技术n将离子注入技术和硅片键合技术结合在将离子注入技术和硅片键合技术结合在一起一起n解决了键合解决了键合SOI中硅膜减薄问题，可以中硅膜减薄问题，可以获得均匀性很好的顶层硅膜获得均匀性很好的顶层硅膜n硅膜质量接近体硅。硅膜质量接近体硅。n剥离后的硅片可以作为下次键合的衬底，剥离后的硅片可以作为下次键合的衬底，降低成本降低成本82H2H283Smart Cut84Smart Cut85Smart Cut86 ELTRANELTRAN技术技术(Epoxy Layer TransferEpoxy Layer Transfer)外外

37、延层转移延层转移，独特之处在于独特之处在于在多孔硅表面上在多孔硅表面上可可生长平整的外延层生长平整的外延层，并能以合理的速率，并能以合理的速率将多将多孔硅区域彻底刻蚀掉孔硅区域彻底刻蚀掉 ，该技术保留了外延层，该技术保留了外延层所具有的原子平整性，在晶体形成过程中也所具有的原子平整性，在晶体形成过程中也不产生颗粒堆积或凹坑，因此具有比其它不产生颗粒堆积或凹坑，因此具有比其它SOISOI技术更为优越的性能。技术更为优越的性能。 4.ELTRAN8788ELTRAN89ELTRAN9091以上以上4 4种制备种制备SOISOI材料的方法各有所长，用户可以根据不同的材材料的方法各有所长，用户可以根据不同的材料要求，选择不同的制备方法。料要求，选择不同的制备方法。SDBSDB法法通常用