1.2 SOI技术简介

1.2.1 SOI技术

SOI材料是新型硅基集成电路材料的简称，全名为Silicon-on-insulator，中文译为绝缘体上硅，故SOI技术就是指在顶层硅和背衬底之间引入了一层隐埋埋氧化层（Buried oxide,下面简称BOX层），目前SOI材料广泛采用SiO2做绝缘层，单晶硅做衬底。CMOS（Complementary metal–oxide–semiconductor）集成电路使用的传统体硅工艺是将体硅作为衬底，只用单晶硅顶层1μm左右的厚度来制造器件，其余部分仅起机械支撑作用，这会给器件带来闩锁效应、功耗大、漏电流大、较大寄生电容、集成度不够高等一系列负面效应[5]。而SOI技术是在绝缘衬底上制造单晶硅薄膜，中间的绝缘层部分将顶层单晶硅膜与硅衬底隔开，这种独特的结构（图1-1）使得它能够有效地克服传统体硅技术的缺陷，且拥有体硅技术所无法比拟的优越性，如抗辐射性能好、低功耗、高速、适合于小尺寸器件、集成度高、低成本[6,7]。目前SOI技术在低压低功耗、高压、抗辐照、高温、三维集成及存储器等领域都有着极其广泛的应用。 

图 1-1 SOI材料的基本结构

   SOI技术的优势主要是由于材料内部BOX层的存在，它一方面减小p-n结的截面积，降低器件收集电离电荷的能力；另一方面阻碍埋氧层以下的电离电荷进入器件部分。所以SOI材料在抗瞬时辐射和单粒子效应方面是优于体硅技术的，但是也由于埋氧层的存在，使得SOI材料抗总剂量辐射性能不足，且变得相对复杂。如何通过优化BOX层来提高SOI材料的抗辐射性能，是本文讨论的重点。

1.2.2 制备技术

     在众多的SOI材料制备技术中，注氧隔离技术（SIMOX）和注氧键合技术（Simbond）最具有竞争力，键合和背腐蚀技术（BESOI）也较广泛使用。下面做一下简要介绍。

     （1）注氧隔离技术—SIMOX

     其制备原理如图1-2所示，具体的工艺步骤是：首先将能量为150～200KeV，剂量为1.8E18/cm2的氧离子注入到单晶硅衬底中，再将其经过1300℃以上5～6h的高温退火处理。这样在硅单晶表层下面几百纳米处就会形成有一定厚度的SiO2层，即为BOX层，使得原本的单晶硅成为具有三层结构的SOI材料[8]。该技术工艺简单，成本较低，但是由于离子注入损伤，获得的材料缺陷较多，质量和密度都相对小一些。

图1-2 SIMOX工艺制备SOI材料

（2）键合和背腐蚀技术—BESOI

其工艺流程如下图1-3所示，具体步骤是：先将两个已氧化的硅片键合在一起，再用化学腐蚀的办法将其中一个的顶层硅厚度减薄到所要求的尺寸，另外一部分单晶硅则作为衬底起机械支撑作用[9]。该技术由于难以精确控制顶层硅的厚度，所以只适合于顶层硅厚度较大（＞1μm）的样品制备。

图1-3 BESOI技术工艺流程图

（3）注氧键合技术—Simbond

  上海新傲科技股份有限公司在常用的离子注入和键合技术的基础上发展了又一种SOI材料制备新方法—Simbond技术。此技术是通过向硅材料注入氧离子从而在材料内部一定厚度处产生一个分布均匀的离子注入层，这个离子注入层可起到化学腐蚀阻挡作用最终实现对圆片器件层的均匀性及其厚度的精确控制。Simbond技术制备的SOI硅片顶层硅均匀性和质量都很好，同时也能得到厚的绝缘埋层[10]。工艺过程如图1-4所示。

图1-4 Simbond技术流程图 

1.3 本课题的研究现状 

1.4 本论文的研究内容和意义