利用智能剥离(Smart++cut)技术形成SOI材料研究.pdf

第十届全国电子束离子束光子束学术年会 ——————————————————————————————————————————————————————————————一———————————————————————一 利用智能剥离(Smartcut)技术 形成SOI材料的研究 李映雪．张志宽。张兴，王阳元 (北京大学微电子所，北京100871) 摘要：Smarl 一些关键问题，如注氢剂量，能量的选择，键舍前的亲水处理等作了一些研究，得到了最佳的注 氢剂量，能量以厦亲水处理方法。在3英寸硅片上成功地实现了智能剥离。 关键词：SOl；离子注入；键合；智能剥离 1 引言 SOl器件以其特有的结构可以实现集成电路各元器件的绝缘隔离，消除了体硅CMOS中 的寄生闩锁效应，同时S01器件还具有寄生电容小，集成度高，速度快，工艺简单和短沟道效 应小等优点，所以，SOI材料特剐适用于制造低压，低功耗电路和抗辐照器件。 的主流技术。StMOX技术比较成熟+能获得薄的均匀顶层Si膜，目前国际上已有成品的 膜就是体硅，其器件性能优越，该技术倍受青睐，但是以往键合形成的SOl材料其减薄是非常 困难的，难以得到薄且均匀的顶层硅膜的SOI材料，限制了它在全耗尽器件中的应用。1995 年刚剐发展起来的智能剥离技术(Smartcut)是在键台前注氢，经低温键合和适当温度退火使 之在注氢的射程(Rp)处形成微空腔，并剥离，从而减少了硅片减薄的困难，这样，利用键合技 术亦能得到比较薄的顶部硅膜的SOI材料，Smarttilt技术的出现，使得利用键台技术形成 SOl材料得到了迅速的发展，本篇将就Smartctlt技术中的有关问题作一些有益的研究。 2 Smartcut技术简介 利用智能剥离技术形成SOl称为Unibond。Smartcut技术制备Unitbong共分四步： (1)硅片A(光片或表面有氧化层)中H+注人； (2)硅片A与硅片B(光片或表面有氧化层)低温键合； 层单晶硅转移到硅片B上键合形成SOI结构。硅片A剩余部分可以继续使用。 ：胡南·长沙 由于H+注入引起的损伤，为改变表面状况及均匀性，需利用CMP再抛光。 3 Smart cut技术中的一些问题 在智能剥离技术要解决的关键技术是注氢和键合。 注氢剂量的选择将决定键台后退火时能否在注氢峰值处裂开，而注入能量的选择将决定 SOI的顶层硅膜的厚度；键合是决定能否形成SOl结构材料的关键。 3．1注氢的能量和剂量 注氢(或氮)的作用是当H一进入硅中，H+会打破Si～键，在硅中形成点缺陷，并有部分 Si形成si—H键。然后这些点缺陷在加温情况下重叠形成多重空洞，并且有H放出，在空洞 形成H：，并在加温下空洞内压j了升高，发生起泡或剥离。显然，能否实现剥离，取决于注氢的 剂量，即应存在一个临界剂量。我们考察了注H+和注He+的剂量对表面起泡的影响，表l给 出注入不同剂量下的H1或He’经60012退火后的表面的状况。 表t不同剂量下的H+或He+，经600℃退火后的表面状况 这一结果表明．为宴现剥离，注氢剂量不能低于5x10坫／a吡2，但进一步实验证宴(如表2所示)为使剿青 后表面不至于太粗糙．注氢荆能超过1×10”／cIn2。 表2注氧剂量小于1X10／cmz的表面状况 剂量} 表面状况(剥离后) 56 表面麻点均匀细腻 6×10 l’(1017 表面粗糙 *注人能量为60keV 与注氢相比，注入相同利量氦时，并不能引起起泡，这表明：若用注氨实现剥离，其临界荆 第十届全国电子柬离子束光子束学术年会 量需更高。 3．2键合刺离后顶部硅膜表面状况与注入能量的关系 原则上Smartcut可以实现具有很薄的顶部硅膜的SOI材料，但在原始硅片表面乎整