SOICMOS工艺及产品介绍演示幻灯片.ppt

SOI/CMOS工艺及产品介绍工程部2014-7-1?概述?典型SOI材料主流制备技术?SOI器件特性?产品介绍?概述?,给体硅集成电路发展带来问题--静态功耗限制了Vt的进一步降低--栅氧化层厚度的降低,引起栅漏电以及带来可靠性问题--寄生闩锁效应使电路可靠性降低--功耗以及热耗问题已经成为“瓶颈”--器件隔离面积的相对增大,影响集成度和速度进一步提升----深槽隔离--Halo以及倒阱结构--应变沟道--高K值栅介质材料--新衬底材料SOI--新化合物衬底材料?(SilicononInsulator)--速度高:结电容小;SOI器件的迁移率较高(低Vt带来纵向电场小)--功耗低:静态功耗=IL*VDD,IL较小导致静态功耗低;动态功耗=C*f*VDD;因为结电容较低,所以动态功耗较小。--比较适合小尺寸器件SOI器件的短沟效应较小;无体穿通问题;泄露电流小--特别适合低压低功耗器件SOI器件--工艺步骤少,且与体硅工艺相容--抗辐照特性好如采用全介质隔离结构,彻底消除体硅CMOS的闩锁效应,同时具有极小的结面积,因此抗软失效、瞬时辐照的能力较强。--SOI材料质量,有待于提高。成本有待于降低。--SOI器件本身存在的寄生效应:浮体效应以及自加热效应--SOI器件特性有待于更深一步的了解,器件模型以及EDA仿真工具不完善--体硅技术的快速进展也抑制了SOI的研究与应用的进程?SOI材料主流制备方法及其特点?EPI?SIMOX?BSOI?Smart-Cut顶部硅层介质埋层硅衬底?(蓝宝石上外延硅)--把蓝宝石作为衬底,在其上外延生长单晶硅膜--只在一定程度上取得了成功,难以扩大应用1)界面上存在晶格失配,从而产生位错、层错或者孪晶等缺陷。质量难以控制2)蓝宝上的介电常数为10,此数值较大,会产生较大的寄生电容3)蓝宝石与硅的热膨胀系数相差一倍,使得外延降温时,在硅中形成压应力4)蓝宝石中的Al在高温过程中,扩散进入硅中,恶化硅膜的纯度5)蓝宝石导热性差,器件散热不良?(SIMOX)技术--SeparationbyIonImplantationOxygen--150~200keV,~650℃注入--高温退火以消除注入缺陷和进一步形成隔离层--优点1)简单易行,能得到良好的单晶层,与常规器件工艺完全相容。2)注氧时以晶片表面为参考面,因而其顶层硅膜和氧化埋层的均匀性好,厚度可控性好,硅-绝缘介质层界面特性较好。--缺点1)缺陷密度较高(>104cm-2),硅膜的质量不如体单晶硅。2)埋层SiO2的质量不如热生长的SiO2。3)需要昂贵的大束流注氧专用机;退火炉进行高温长时间退火,因而成本较高。(BSOI)BSOI原理示意图--将两个抛光好的硅片,表面生长氧化层,然后对硅片进行亲水处理,使表面吸附较多的OH-团,在室温超净环境下将两个硅片粘合,并在氮气保护下加热到700℃脱水,再升温到1100℃退火使两个硅片完全键合,最后将顶部硅片减薄至使用要求。--优点1)顶层硅膜为本体硅,不会产生由离子注入造成的损伤和缺陷;2)介质隔离层为热氧化膜,膜层缺陷密度和针孔密度均较低;--缺点1)界面缺陷和顶部硅薄层的均匀性(硅厚度的10%)难以控制;2)不能得到顶部硅膜很薄的SOI结构;(Smart-Cut)Smart-Cut原理示意图--氧化:将硅片B热氧化一层二氧化硅,将作为SOI材料的隐埋氧化层。--离子注入:室温下,以一定能量向硅片A注入一定剂量的H+,用以在硅表面层下产生一个气泡层。--键合:将硅片A与另一硅片B进行严格清洗和亲水处理后在室温下键合,整个B片将成为SOI结构中的支撑片。--热处理:第一步热处理使注入、键合后的硅片(***)在注H+气泡层处分开,上层硅膜与B片键合在一起,形成SOI结构。***其余的部分可循环使用。最后将形成的SOI片进行高温处理,进一步提高SOI的质量并加强键合强度。--抛光:由于剥离后的硅表面不够平整,需做化学机械抛光,以适应器件制作要求。