SOI及其制备工艺
一种soi mosfet器件及其制备方法
一种soi mosfet器件及其制备方法（实用版4篇）目录（篇1）1.SOI MOSFET 器件的概述2.SOI MOSFET 器件的制备方法3.SOI MOSFET 器件的优势与应用正文（篇1）【1.SOI MOSFET 器件的概述】SOI（Silicon on Insulator，绝缘衬底上的硅）MOSFET 器件是一种在绝缘衬底上制备的场效应晶体管，具有高性能、低功耗和较小的占地面积等优点。
它主要由 n 型和 p 型硅层构成，之间夹有一层绝缘层，通常为二氧化硅。
在 SOI MOSFET 器件中，n 型硅层作为源极和漏极，p 型硅层作为栅极，绝缘层起到隔离和减小寄生电容的作用。
【2.SOI MOSFET 器件的制备方法】SOI MOSFET 器件的制备方法主要包括以下步骤：（1）首先，在晶圆上生长一层较薄的硅薄膜，通常采用化学气相沉积（CVD）方法。
（2）然后，在硅薄膜上涂覆一层光刻胶，通过光刻工艺将硅薄膜暴露出来，形成所需的图案。
（3）接着，采用离子注入技术将硼或磷等杂质注入到暴露的硅薄膜中，形成 n 型或 p 型区域。
（4）随后，通过氧化、溅射等方法在硅薄膜上形成一层二氧化硅绝缘层。
（5）最后，再在绝缘层上沉积一层硅薄膜，形成栅极。
至此，SOIMOSFET 器件的结构便基本完成。
【3.SOI MOSFET 器件的优势与应用】SOI MOSFET 器件具有以下优势：（1）由于采用了绝缘衬底，可以有效降低寄生电容，提高器件的开关速度和频率响应。
（2）具有较高的电流密度和较低的功耗，适合于高集成度的电路设计。
（3）在制备过程中，可以采用选择性离子注入技术，实现对掺杂浓度和区域的精确控制。
目录（篇2）1.SOI MOSFET 器件的概述2.SOI MOSFET 器件的制备方法3.SOI MOSFET 器件的优势与应用正文（篇2）【1.SOI MOSFET 器件的概述】SOI（Silicon on Insulator，绝缘衬底上的硅）MOSFET 器件是一种半导体器件，它是在绝缘衬底上制作硅薄膜，再通过制备工艺形成 MOSFET （金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管）结构。
SOI及其制备工艺ppt
外延层质量差
可能是由于外延层沉积温度过高或过低、气体流 量不稳定等因素造成的。解决方法是控制外延设 备参数，保证外延层的质量。
硅片表面裂纹
可能是由于划片过程中参数设置不当或封装测试 过程中温度和压力控制不当造成的。解决方法是 控制划片和封装测试工艺参数，避免硅片表面产 生裂纹。
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技术特点
该工艺具有剥离速度快、剥离精 度高、对衬底损伤小等优点，同 时可实现自动化生产。
应用领域
广泛应用于高质量SOI结构的制 备，如高频率、高功率器件和集 成电路等。
03
SOI材料性能及特性
SOI材料的物理性能
晶格结构
SOI材料的晶格结构通常是SiC或SiO2，具有高熔点、高弹性模 量和低热膨胀系数等特点。
02
紫外线和红外线防 护性
SOI材料能够阻挡紫外线和红外 线等短波长辐射，具有较好的防 护作用。
03
高温下的光学性能
SOI材料在高温下仍能保持良好 的光学性能，具有较高的应用价 值。
04
SOI的未来发展及前景
SOI技术的发展趋势
高速、高压、高温技术
为满足电力电子器件高效率、高频、高温工作需求，SOI技术将向高速、高压、高温方向发展。
制备工艺操作步骤及注意事项
• 硅片清洗时，需要控制清洗液的温度和时间，以避免硅片表面产生划痕和氧化。 • 热氧化时，需要控制氧气或水蒸气的流量和温度，以获得高质量的二氧化硅膜。 • 外延生长时，需要控制沉积温度和压力，以获得高质量的外延层。 • 离子注入时，需要控制注入的杂质种类和剂量，以获得所需的电学性能。 • 退火时，需要控制退火温度和时间，以获得均匀的杂质分布和良好的晶体质量。 • 划片时，需要控制切割设备和工艺参数，以避免硅片表面产生裂纹和破损。 • 封装测试时，需要进行有效的质量检测和可靠性评估，以保证产品的质量和可靠性。
半导体硅片发展历程、常见形态及SOI硅片的4种制备技术？
半导体硅片发展历程、常见形态及SOI硅片的4种制备技术？硅材料根据晶胞的排列方式不同，分为单晶硅和多晶硅。
单晶硅和多晶硅最大的区别是单晶硅的晶胞排是有序的，而多晶硅是无序的。
在制造方法方面，多晶硅一般是直接把硅料倒入坩埚中融化，然后再冷却而成。
单晶硅是通过拉单晶的方式形成晶棒（直拉法）。
在物理性质方面，两种硅的特性相差较大。
单晶硅导电能力强，光电转换效率高，单晶硅光电转换效率一般在 17%~25%左右，多晶硅效率在 15%以下。
光伏硅片：由于光电效应，且单晶硅优势明显，所以人们使用硅片完成太阳能到电能的转换。
在光伏领域使用的一般为圆角方形的单晶硅电池片。
价格较便宜的电多晶硅片也有使用，但转换效率较低。
由于光伏硅片对纯度、曲翘度等参数要求较低，所制造过程相对简单。
以单晶硅电池片为例，第一步是切方磨圆，先按照尺寸要求将单晶硅棒切割成方棒，然后将方棒的四角磨圆。
第二步是酸洗，主要是为了除去单晶方棒的表面杂质。
第三步是切片，先将清洗完毕后的方棒与工板粘贴。
然后将工板放在切片机上，按照已经设定好的工艺参数进行切割。
最后将单晶硅片清洗干净监测表面光滑度，电阻率等参数。
半导体硅片：半导体硅片比光伏硅片的要求更高。
首先，半导体行业使用的硅片全部为单晶硅，目的是为了保证硅片每个位臵的相同电学特性。
在形状和尺寸上，光伏用单晶硅片是正方形，主要有边长125mm，150mm，156mm 的种类。
而半导体用单晶硅片是圆型，硅片直径有 150mm（6 寸晶圆），200mm（8 寸晶圆）和 300mm （12 寸晶圆）尺寸。
在纯度方面，光伏用单晶硅片的纯度要求硅含量为4N-6N 之间（99.99%-99.9999%），但是半导体用单晶硅片在9N（99.9999999%）-11N(99.999999999%)左右，纯度要求最低是光伏单晶硅片的1000 倍。
在外观方面，半导体用硅片在表面的平整度，光滑度和洁净程度要比光伏用硅片的要求高。
SOICMOS工艺及产品介绍
图：长沟道（左）和短沟道（右）体硅器件与SOI器 件中耗尽区电荷分布示意图，Qdep是栅控耗尽层电荷
➢SOI器件分类
--根据硅膜厚度和硅膜中掺杂浓度情况，SOI MOSFET器件可以分为三种不同的类 型：厚膜器件、薄膜器件和“中等膜厚”器件。划分的主要依据是栅下最大耗尽层 宽度xdmax：
1.厚膜SOI器件，硅膜厚度大于2xdmax，通常为1000~2000Å，这种器件又称为部分 耗尽器件（PD：Partially Depleted）。
--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；
4. 智能剥离SOI技术(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
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。
3. 硅片键合SOI技术(BSOI)
--将两个抛光好的硅片，表面生长氧化层，
➢SOI器件浮体效应
--PD SOI MOS器件的体区处于悬浮状态，使碰撞 电离的电荷无法迅速地移走，出现浮体效应 1. Kink效应 1）PD SOI NMOS器件，在足够高的Vd下，沟道 电子在漏端高场区获得足够能量，通过碰撞电 离产生电子空穴对，空穴向较低电势的中性体 区移动，并堆积在体区，抬高体区的电势，使得体-源结正偏。从而Vt降低 而漏端电流增加。 2）PD SOI PMOS器件的Kink效应不显著。因为空穴的电离率较低，碰撞电离 产生的电子-空穴对远低于NMOS管，所以Kink效应不显著。 3）FD SOI器件无Kink效应，因为体-源的势垒相对较小，碰撞电离的空穴直接 流向源区，在源区被复合，硅膜中不存在过剩的载流子。即无Kink效应。 4）Kink 效应可以增大电流和跨导，利于速度的提高，对数字电路的性能有一 定好处，但Kink 效应会带来电导的突然增加，影响模拟电路的输出阻抗和 增益，十分有害。同时，Kink 效应具有频率o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
soi器件的制备工艺
英文回答：The preparation process of SOI devices primarily involves techniques such as epitaxy and Separation by Implanted Oxygen (SIMOX). Epitaxy involves the growth of a thin silicon layer on a high-purity single-crystal silicon substrate, isolated from the underlying insulating layer (like silicon dioxide). On the other hand, SIMOX is a method that uses high-energy ion implantation to form a buried oxide layer in the silicon surface, followed by heat treatment to create an insulating buried layer. SOI devices prepared through these methods exhibit high insulation performance and good thermal stability. Additionally, other techniques like Bonding and Etch-back SOI (BESOI) may also be employed, involving the deposition of specific materials, heat treatment, and stripping processes to achieve SOI structures with low defect density and excellent mechanical properties.中文回答：SOI器件的制备工艺主要包括外延法和分离式离子注入氧化法（SIMOX）等技术。
SOI的简介及其制备技术
题目(中) SOI的简介及其制备技术(英) The introduction and preparation technology SOI姓名与学号指导教师 _年级与专业所在学院SOI的简介及其制备技术[摘要]SOI材料被誉为“二十一世纪硅集成电路技术”的基础，他可以消除或者减轻体硅中的体效应、寄生效应以及小尺寸效应等，在超大规模集成电路、光电子等领域有广阔的应用前景。
介绍了主要隔离、智能隔离、硅片玻璃以及外延层转移等集中主要的制备SOI材料的方法以及近期相关的研究成果。
本文将以初学者为对象，简单地介绍SOI极其制备技术。
[关键词] SOI 硅材料多孔硅多晶硅键合技术[正文]SOI简介SOI，全称：Silicon-On-Insulator，即绝缘衬底上的硅，也称为绝缘体上的硅。
SOI技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层，是一种具有独特的“Si／绝缘层／Si”三层结构的新型硅基半导体材料。
它通过绝缘埋层（通常）实现了器件和衬底的全介质隔离。
为SiO2下面就SOI的发展、优点、分类以及发展前景进行简单介绍。
虽然SOI技术出现了很久，但是取得突破性进展是在20世纪80年代后期。
以SOI材料具有了体硅等其他硅材料所无法比拟的优点：1）速度高----全耗尽SOI器件具有迁移率高、跨导大、寄生电容小等优点使SOI CMOS 具有极高的速度特性。
2）功耗低----全耗尽SOI器件漏电流小，静态功耗小；结电容与连线电容均很小，动态功耗小。
3）集成密度高----SOI采用介质隔离，不需要制备体硅CMOS电路的阱等复杂隔离工艺，器件最小间隔仅取决于光刻和刻蚀技术的限制。
4）成本低----SOI技术除了衬底材料成本高于硅材料外，其他成本均低于体硅。
SOI CMOS 的制造工艺比体硅至少少3块掩模板，减少13~20%的工序。
5）抗辐照特性好---全介质隔离结构，彻底消除体硅电路中的闩锁效应。
且具有极小的结面积，因此具有非常好的抗软失效，瞬时辐照和单粒子翻转能力。
SOI及其制备工艺
04 SOI材料的发展趋势与挑 战
SOI材料的发展趋势
轻量化和高强度
高效能
随着航空航天、汽车等领域的快速发展， 对SOI材料的需求不断增加，要求其具备更 高的强度和更轻的重量。
为了满足能源、环保等领域的需要，SOI材 料需要具备更高的导热性能、电性能和机 械性能。
环保友好
定制化
随着全球环保意识的提高，SOI材料的制备 工艺需要更加环保，减少对环境的污染。
智能功率集成电路
SOI材料能够提高智能功率集成电路的 集成度和可靠性，适用于制造高效率 的电机控制、电源管理芯片等。
传感器领域的应用
生物传感器
SOI材料具有生物相容性和稳定性等优点，适用于制造生 物传感器，如葡萄糖传感器、免疫传感器等。
环境传感器
SOI材料能够提高环境传感器的灵敏度和稳定性，适用于 制造气体传感器、湿度传感器等。
表面粗糙度优化
总结词
表面粗糙度是影响SOI材料性能的重要因素 ，对器件性能和可靠性具有重要影响。
详细描述
表面粗糙度越小，SOI材料的晶体质量和电 学性能越好。为了减小表面粗糙度，可以采 用先进的制备工艺和材料处理技术，如化学 机械抛光、选择氧化等。同时，在器件制备 过程中，也需要对表面进行严格控制和处理
详细描述
由于SOI材料的顶层硅与基底硅完全 隔离，因此可以消除漏电流和寄生效 应，从而实现低功耗和高可靠性。此 外，SOI材料的热导率较低，有利于 提高芯片的散热性能。
SOI材料的应用领域
总结词
SOI材料广泛应用于微电子、光电子、 MEMS和生物芯片等领域。
VS
详细描述
由于SOI材料具有优异的电学和机械性能， 因此被广泛应用于制造高性能微处理器、 数字信号处理器、功率电子器件和传感器 等产品。在光电子领域，SOI材料可用于制 造激光器、调制器和光探测器等器件。此 外，SOI材料在生物芯片和MEMS（微电子 机械系统）等领域也有广泛应用。
SOI工艺技术ppt
SOI工艺技术在光电子行业的应用
总结词
新兴领域、生物医学、传感技术。
详细描述
SOI工艺技术在其他新兴领域的应用也不断扩展，如生物医学中的基因测序和药物研发，传感技术中的化学和生物传感器等。
SOI工艺技术在其他领域的应用
05
SOI工艺技术的发展趋势和前景
薄膜集成电路和混合集成电路的进步
耐高温集成电路的突破
上表面检测
对打磨后的SOI芯片进行检测，以确保表面质量和尺寸精度符合要求。
上表面处理
03
SOI工艺技术的优势和挑战
SOI工艺技术的优势
SOI材料的导热性好、绝缘层可防止静电干扰，因此可实现高性能的集成电路。
高性能
抗辐射
低功耗
高可靠性
SOI材料可有效阻挡宇宙射线或放射性物质的辐射影响，因此适用于军事、航空航天等高性能计算
SOI工艺技术的应用场景
物联网
智能终端
5G通信
02
SOI工艺技术的制造流程
选择高质量的基板，如单晶硅片，以确保制造出的SOI芯片具有良好的性能和可靠性。
基板选择
通过特定的清洗剂和清洗工艺，去除基板表面的污垢和污染物，以减少不良影响。
基板清洗
将清洗后的基板干燥，确保表面无水分和其他杂质。
技术难度大
SOI工艺技术需要严格控制材料和制造过程，技术难度较大。
生产难度大
SOI材料对生产环境要求较高，需要严格控制生产环境中的湿度、温度和空气质量等因素。
04
SOI工艺技术的应用案例
总结词
广泛应用、高集成度、高性能。
详细描述
SOI工艺技术在微电子行业的应用非常广泛，由于其高集成度和高性能的特点，被广泛应用于高速集成电路、高耐压集成电路、低功耗集成电路等。
SOI及其制备工艺
SOI及其制备工艺2023-11-11•SOI简介•SOI制备工艺概述•SOI制备主要方法•SOI制备工艺比较与优化•SOI的应用和展望•SOI制备工艺案例分析01 SOI简介SOI的起源和发展SOI（Silicon-On-Insulator）技术起源于20世纪80年代，是一种在半导体衬底上生长硅单晶层的技术。
它最初是为了解决集成电路中互连线的寄生效应和器件隔离问题而提出的。
随着技术的发展，SOI在微电子、光电子、MEMS等领域的应用逐渐广泛。
在发展初期，SOI主要采用离子注入法、热氧化法等工艺。
随着技术的进步，为了提高生产效率和降低成本，人们开始采用更为先进的工艺，如外延生长法、化学气相沉积（CVD）等。
近年来，随着三维集成技术的兴起，SOI在三维集成中的应用也变得越来越重要。
SOI的基本结构和特点SOI的基本结构和特点SOI具有以下特点隔离性能好：由于中间氧化层的存在，SOI器件之间几乎无耦合和寄生效应，性能更稳定。
高速度、低功耗：由于顶层硅单晶层的电阻率较低，且无晶格失配等问题，SOI器件具有高速度、低功耗等优势。
抗辐射性能好可实现三维集成SOI的基本结构和特点•SOI技术广泛应用于微电子、光电子、MEMS等领域。
在微电子领域，SOI已成为高可靠、高性能集成电路的重要支撑技术之一，如CPU、FPGA、ASIC等。
在光电子领域，SOI可应用于光波导器件、光调制器等。
在MEMS领域，SOI可应用于微机械结构、微流体等。
此外，SOI技术还可应用于传感器、执行器等物联网器件中。
SOI的应用领域02SOI制备工艺概述硅片的制备化学气相沉积(CVD)外延法结晶法用干燥的氧气在高温下氧化硅片表面。
湿法氧化用湿的化学物质在高温下氧化硅片表面。
CVD法外延法干法剥离湿法剥离剥离工艺03SOI制备主要方法注氧隔离（SIMOX）工艺030201智能剥离（Smart Cut）工艺悬空薄膜（HARP）工艺材料制备的SOI芯片质量较高，可实现动态调制，且剥离后表面质量较好。
SOI工艺
SOI结构 SOI工艺 SOI优点
1
SOI CMOS结构
S B
n+ p+ n+ p+ n+ p+
Gf 硅栅 D 硅膜 n＋ pSiO2 Sapphire 硅衬底 n＋
Gb
1. （Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅） 2. 衬底相对沟道区也相当于一个MOS结构，因此也把SOI MOSFET 的衬底又叫做背栅, 是五端器件 。
(2)高温(1350℃)热退火1～4小时；
(3)晶片清洗(即去掉表面微粒和沾污)。
形成SOI材料的技术
键合减薄技术（BE）
把2个生长了氧化层的硅片键合在一起，两个氧化层 通过键合粘在一起成为埋氧化层 其中一个硅片腐蚀抛光减薄成为做器件的薄硅膜，另 一个硅片作为支撑的衬底
形成SOI材料的技术
1.
每个器件都被氧化层包围，完全与周围的器件隔离， 从根本上消除了闩锁效应； 减小了pn结电容和互连线寄生电容
2. 3. 4.
不用做阱，简化工艺，减小面积
极大减小了源、漏区pn结面积，从而减小了pn结 泄漏电流 有利于抑制短沟效应； 有很好的抗幅照性能；
10
5. 6.
SOI CMOS反相器结构
n+ p-
n+ p+ SiO 2
硅 衬 底
n-
p+
11
SOI 与体硅CMOS性能比较
12
抑制闩锁效应：
n+ p-
n+ p+ SiO 2
硅 衬 底
n-
p+
13
多晶硅
SOI工艺技术PPT优秀课件
刻蚀
测试和封装
4
集成电路芯片的显微照片
5
V ss poly 栅
V dd 布 线 通 道 参考孔
N+
P+
有源区
集成电路的内部单元(俯视图)
6
N沟道MOS晶体管
7
CMOS集成电路(互补型MOS集成电路)： 目前应用最为广泛的一种集成电路，约占 集成电路总数的95%以上。
8
集成电路制造工艺
前工序 后工序 辅助工序
CMOS/SOI电路的制造工艺比典型体硅 工艺至少少用三块掩膜版，减少13～20 ％的工序
使相同电路的芯片面积可降低1.8倍， 浪费面积减少30％以上
美 国 SEMATECH 的 研 究 人 员 预 测 CMOS/SOI电路的性能价格比是相应体 硅电路的2.6倍
33
SOI技术的特点
特别适合于小尺寸器件：
和电路结构，充分发挥硅集成技术的潜力：
SOI是最佳选择之一
24
SOI技术的特点
25
SOI技术
SOI：Silicon-On-Insulator 绝缘衬底上的硅
Si SiO2 Si
26
27
SOI技术的特点
速度高：
迁移率高：器件纵向电场小，且反型层 较厚，表面散射作用降低
跨导大 寄生电容小：寄生电容主要来自隐埋二
掺杂：
离子注入
退火
扩散
制膜：
氧化：干氧氧化、湿氧氧化等
CVD：APCVD、LPCVD、PECVD
PVD：蒸发、溅射
11
划片 封装 测试 老化 筛选
后工序
12
辅助工序
超净厂房技术 超纯水、高纯气体制备技术 光刻掩膜版制备技术 材料准备技术
SOI技术
SOI技术SOI (Silicon-On-Insulator)是一种用于集成电路制造的新型原材料，替代目前大量应用的体硅(Bulk Silicon) 。
SOI 是指绝缘层上的硅，作为一种全介质隔离技术，SOI 材料研究已有20 多年的历史，发展了多种SOI 圆片制造技术，其中包括Bonding、激光再结晶、注氧隔离（SIMOX, Separation by Implanted Oxygen）、智能剥离（Smart-cut）以及最近发展起来的等离子浸没。
SOI的优势SOI几乎在体硅电路的各个应用领域都表现出巨大的优势。
随着体硅CMOS技术的发展，器件的特征尺寸的持续缩小正面临着巨大的挑战，即持续的特征尺寸的缩小导致的寄生电容的增加、短沟效应的恶化、热载流子的退变等。
而SOI 技术由于它特殊的结构使得它具有了较高的跨导、降低的寄生电容、减弱的短沟效应、较为陡直的亚阈斜率，这些特点为SOI作为CMOS LSI的主流技术奠定基础。
当前，SOI电路和器件的一个主要应用是空间及军事电子领域，这主要归功于埋氧的存在使得SOI技术具有了抗瞬时辐射效应的能力。
目前SIMOX存储器电路具有SEU失效率为10-9/位.天并且在1011rad(si)/s的剂量率辐照下仍然能保持电路功能。
这些数字表明，与体硅电路相比，SOI电路的抗辐照强度提高了100倍。
SOI技术的另一应用是耐高温电路。
在高温环境下，SOI器件性能明显优于体硅器件。
这是由于高温下的SOI器件与体硅器件相比，由于SOI器件的源和漏结面积的减小使得泄漏电流降低很多。
在SOI器件中，由于不存在隔离阱P－N结，使得高温时的泄漏电流和功耗降低的更多。
据以报道的在300。
C和500。
C温度下仍能工作的SOI CMOS电路与工作温度上限为250。
C的体硅CMOS电路的特性相比，可知SOI CMOS电路的耐高温性能。
另外，随着器件特征尺寸的缩小和电路集成度的提高，与体硅技术相比SOI的高速、低功耗优点变得越来越明显，而这些优点为SOI在高速、低功耗的逻辑LSI电路的应用中提供了可能性。
SOI及其制备工艺
13
Simbond
5. SIMBOND工艺： 国内的SOI产业发展缓慢，目前上海新傲科技股份有限公司率先实现国内SOI的产业化。 陈猛等人结合了离子注入和键合技术提出了注氧键合技术，形成具有自主知识产权的 Simbond技术。14年，新傲与法国SOITEC 签订了中国地区200mm SOI晶圆独家代理协 议。 • 向器件片的键合面注入氧离子，高 温退火形成埋氧层，这个埋氧层就 是之后的腐蚀停止层。 • 与另一片支撑片键合，然后高温退 火，以形成完好的键合界面。 • 减薄过程采用了自停止腐蚀方法来 实现控制顶层硅厚度均匀性，机械 研磨快速减薄到一定厚度，该过程 要保证研磨的损伤层不在埋氧层中， 之后用TMAH溶液腐蚀顶层硅到注 入的氧化层处停止，然后去除露出 的氧化层并抛光处理，最后根据要 求外延到所需要的厚度，得到均匀 性很好的厚膜SOI材料，其顶层硅 厚度均匀性可达士0. 05um.
1.85 1.16
4
概述
SOI 的制备：
熔融再结晶（ZMR） 束致再结晶---激光或电子束
多晶/非晶 单晶化
固相外延（SPE）
区熔再结晶---石墨条加热或卤素灯
SOI材料 制造技术 分类
氧离子注入形成SiO2埋层（SIMOX） 单晶衬底 的隔离
多孔硅氧化隔离法（FIPOS）
BESOI、Smart-cut、SIMBOND工艺
埋氧层由热氧化形成，具有良好的Si/SiO2界面，同时氧化层质量较高。 剥离后的硅片可以继续作为键合衬底大大降低成本。
Smart-cut技术已成为SOI材料制备技术中最具竞争力、最具发展前途的一 种技术。自1995年开发该技术以来，已得到飞速发展，法国SOITEC公司 已经能够提供Smart-cut技术制备的商用SOI硅片，并拥有其专利
SOI高温压力传感器工作原理与制备工艺
SOI 高温压力传感器工作原理与制备工艺
近年来，我国的传感器技术正飞速发展，应用领域也在不断扩大。
作为现代测量技术中发展最为成熟的一类，压力传感器领域也在不断涌现新技术、
新材料和新工艺。
压力传感器是一种用来检测压力信号，将压力信号按一定规律转化为电信号的器件，广泛应用于各类生产、工业及航空航天领域。
随着应用领域的细分，高温油井、各类发动机腔体等高温恶劣环境下的压力测量愈发重要，而
普通压力传感器所用材料在超过一定温度（例如，扩散硅压力传感器工作温
度低于120℃）时会失效，导致压力测量失败。
因此，高温压力传感器成为
一个非常重要的研究方向。
高温压力传感器的分类
根据所用材料的不同，高温压力传感器可以分为多晶硅（Poly-Si）高温压力传感器、SiC 高温压力传感器、SOI（silicon on insulator）高温压力传感器、SOS（silicon on sapphire）硅-蓝宝石压力传感器、光纤高温压力传感器等不同类型。
而从目前发展情况来看，SOI 高温压力传感器的研究现状及前
景都非常理想。
下面主要介绍SOI 高温压力传感器。
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O
+
Si substrate
离子注入
Si substrate
高温退火
Si substrate
SOI 材料
6
SIMOX
2. 过程参数影响 注入剂量：控制埋氧层的厚度，提高注入剂量，埋氧层增加同时顶硅层厚度减小。 注入能量：控制离子注入的射程，从而影响顶层硅厚度。另外研究表明，注入能量越 高注入粒子 分散程度越大，形成连续埋氧层所需剂量也越高。 退火温度：高温退火消除注入缺陷，消融顶层硅中氧沉淀，促使埋层形成。 退火气氛：惰性气氛通常加入少量氧，增加氧分压防止由于形成SiO而导致的表面缺失。 硅片温度：影响注入过程缺陷形成，低温容易导致顶层硅的非晶化。
硅单晶薄 膜的沉积
选择外延横向生长法（ELO） (厚膜、抗辐射)
异质外延法（SOS（污染、透明、 抗辐射）,SOZ,SOM等）
5
SIMOX
2.1 SIMOX工艺流程： 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。
SOI
衬 底
（a）典型 SOI CMOS横截面示意图 （b）SOI CMOS TEM (Transmission electron microscope)侧面图 2
概述
SOI的技术特点： 速度高----全耗尽SOI器件具有迁移率高、跨导大、寄生电容小等优点使SOI CMOS 具有极高的速度特性。 功耗低----全耗尽SOI器件具有陡直的亚阈值斜率，漏电流小，静态功耗小； 结电容与连线电容均很小，动态功耗小。 集成密度高----SOI采用介质隔离，不需要制备体硅CMOS电路的阱等复杂隔 离工艺，器件最小间隔仅取决于光刻和刻蚀技术的限制。 完全消除闩锁效应。 成本低----SOI技术除了衬底材料成本高于硅材料外，其他成本均低于体硅。 SOI CMOS 的制造工艺比体硅至少少3块掩模板，减少13~20%的工序。 抗辐照特性好---全介质隔离结构，且具有极小的结面积，因此具有非常好的 抗软失效，瞬时辐照和单粒子翻转能力。 …… SOI的技术存在的问题： 浮体效应----SOI MOS的体区处于浮空状态，器件内部碰撞电离产生的载流子 无法从器件中排除，影响器件性能。（FD SOI、引入复合中心） 自加热效应----BOX热导率低
对顶层膜及其厚度均匀性难以精确控制，适用于制造厚膜SOI材料。
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Smart-cut
4.1 Smart-cut工艺流程： 结合了离子注入和键合的双重优势。 第一步是在室温的环境下使一圆片热氧化,并注入一定剂量H+。第二步常温下与另一非氧化 圆片键合；第三步低温退火使注入氢离子形成气泡令硅片剥离，后高温退火增强两圆片 的键合力度；第四步硅片表面平坦化。
1.85 1.16
4
概述
SOI 的制备：
熔融再结晶（ZMR） 束致再结晶---激光或电子束
多晶/非晶 单晶化
固相外延（SPE）
区熔再结晶---石墨条加热或卤素灯
SOI材料 制造技术 分类
氧离子注入形成SiO2埋层（SIMOX） 单晶衬底 的隔离
多孔硅氧化隔离法（FIPOS）
BESOI、Smart-cut、SIMBOND工艺
埋氧层由热氧化形成，具有良好的Si/SiO2界面，同时氧化层质量较高。 剥离后的硅片可以继续作为键合衬底大大降低成本。
Smart-cut技术已成为SOI材料制备技术中最具竞争力、最具发展前途的一 种技术。自1995年开发该技术以来，已得到飞速发展，法国SOITEC公司 已经能够提供Smart-cut技术制备的商用SOI硅片，并拥有其专利
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Simbond
5. SIMBOND工艺： 国内的SOI产业发展缓慢，目前上海新傲科技股份有限公司率先实现国内SOI的产业化。 陈猛等人结合了离子注入和键合技术提出了注氧键合技术，形成具有自主知识产权的 Simbond技术。14年，新傲与法国SOITEC 签订了中国地区200mm SOI晶圆独家代理协 议。 • 向器件片的键合面注入氧离子，高 温退火形成埋氧层，这个埋氧层就 是之后的腐蚀停止层。 • 与另一片支撑片键合，然后高温退 火，以形成完好的键合界面。 • 减薄过程采用了自停止腐蚀方法来 实现控制顶层硅厚度均匀性，机械 研磨快速减薄到一定厚度，该过程 要保证研磨的损伤层不在埋氧层中， 之后用TMAH溶液腐蚀顶层硅到注 入的氧化层处停止，然后去除露出 的氧化层并抛光处理，最后根据要 求外延到所需要的厚度，得到均匀 性很好的厚膜SOI材料，其顶层硅 厚度均匀性可达士0. 05um.
SOI及其制备技术
概述 SIMOX
BESOI
Smart-cut Simbond
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概述
SOI (Silicon On Insulator),又称绝缘层上硅。一种新型结构的硅材料，通 过在体硅中加入一层绝缘层，而具有一些特殊的性质。被称为有望替代 体硅成为新一代的集成电路衬底材料。
顶 硅 层
绝 缘 层（埋氧层）
SIMOX 需要高温离子注入和长时间高温离子退火，难以控制颗粒，低剂量乃至 超低剂量注入难以得到完整的埋层，氧离子注入容易形成重金属污染，不易得到 陡峭的界面，工艺成本限制，产品质量和稳定性方面无法取得更好的成果。 法国SOITEC、美国IBIS和IBM相继放弃了simox制备技术。 200mm和300mmSIMOX片只有日本S.E.H、SUMCO 少量供应。
压力
硅片 A 硅片 B
硅片 A 硅片 B
硅片 B
硅片热氧化
高温键合
腐蚀减薄
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键合技术形成SOI 的主要工艺步骤
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
BESOI
3.2 腐蚀减薄工艺 通常采用两种基本的减薄技术：粗磨后化学机械抛光后粗磨后背面选择腐蚀
研磨+抛光：粗磨迅速减薄硅片，化学机械抛光进一步精确减薄硅层。由于缺乏有效的 腐蚀终止控制技术只能获得相当厚的顶部硅膜 背面选择腐蚀技术：预粗磨之后采用有腐蚀终点指示的化学腐蚀方法，腐蚀终止是采 用在上层硅片下表面建立杂质浓度梯度实现的。如采用重掺衬底P+，在其上生长轻掺 的N－或P－外延层（工艺完成后作为顶层单晶硅薄膜），首先粗磨重掺杂区，然后化学 腐蚀得到顶层硅膜，腐蚀剂选用具有较强选择比腐蚀性的试剂。
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典型1mm CMOS工艺条件下体硅和 SOI器件的寄生电容(pF/mm2)
电容类型 SOI(SIMOX) 1.3 0.05 0.04 体 硅 电容比(体硅/SOI) 1 4～7 2.5
栅
1.3 0.2～0.35 0.1
结与衬底
多晶硅与衬底
金属1与衬底 金属2与衬底
0.027 0.018
0.05 0.021
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BESOI
3.1 BESOI（Bonding and Etch back SOI）键合和背面腐蚀工艺流程： 键合技术指将两个平整表面的硅片相互靠近，硅片间的范德瓦尔斯力使两个硅片紧密 的结合在一起。键合技术形成的SOI材料的顶层硅膜来自于衬底硅膜，未经过SIMOX技 术中的高温氧离子注入，所以顶层硅膜中的缺陷较少，其器件性能可以达到体硅器件 的水平。 BESOI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 片在另一硅片上键合；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圆片到所要求的厚度。
硅片A
H+
硅片B 1.注入氢离子
硅片 B 硅片 A
硅片 B
硅片 A
硅片 A
2.硅片键合
3. 低温剥离 + 高温键合
4.平坦化
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Soitec公司smart-cut 工艺流程图
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Smart-cut
4.2 Smart-cut技术优点
H+注入剂量为1016cm-2，比SIMOX低两个数量级，可采用普通的离子注入机完成。