soi材料的生长方法有哪些？每种方法是如何实现的

SOI材料的制备可以气相外延生长为基础,如蓝宝石上外延硅技术也可以固相外延为基础,如区融再结晶技术(ZMR)还有的是利用特殊的处理方法把薄硅层从体硅中隔离出来,如多孔氧化硅全隔离技术(FIPOS)和注氧隔离技术(SIMOX)另外有一类方法是把氧化后的硅片键合到衬底上然后减薄,如硅片键合与背面腐蚀技术(BESOI)。最近几年,SOI材料制备技术渐趋成熟,材料质量更有较大的改善；

蓝宝石上外延硅技术(Silicon-on-Sapphire,SOS)：该方法是通过硅烷热分解在蓝宝石单晶抛光片上外延生长一层硅膜。利用类似的技术,还获得其它异质外延SOI材料,包括立方晶系氧化锆上生长硅、尖晶石上生长硅、外延氟化钙上生长硅、磷化硼上生长、氮化铝上长硅以及碳化硅上生长硅等。由于硅和蓝宝石的晶格失配和热失配长出的SOS膜中存在压应力,缺陷密度高,产生堆垛层错、微孪晶等,并存在蓝宝石中铝的外扩散自掺杂。随着固相外延和双固相外延等技术的引入,硅膜的质量得到大大改善。

外延横向覆盖生长(Epitaxial Layer Over-Growth,ELO)：这种方法是先在硅片上生长一层SiO2，并在上面刻出籽晶窗口,窗口边缘沿方向，然后硅片放入常压或减压外延室进行外延生长,生长时外延层从籽晶开始,朝方向横向扫过生成一层单晶硅膜。该方法的主要缺点是,横向生长速率和纵向生长速率之比接近于1,为了覆盖直径较小的衬底亦需生长一层厚厚的膜,之后还要减薄才能获得器件要求的薄的顶层硅膜。

注氧隔离技术(Separation by Im2 planted Oxygen,SIMOX)：该技术受到美国IBM公司的极力推崇,是迄今为止比较先进和最为成熟的SOI制备技术。美国的IBIS公司及日本的新制铁和小松等公司利用这项技术批量生产Advantox片。其工艺主要包括:（1）氧离子注入,在硅表层下产生一个高浓度的注氧层(2)高温退火,注入的氧与硅反应,在高浓度注氧层附近形成隐埋二氧化硅层,并消除离子注入引入的损伤。注入期间衬底温度过低,顶部硅就会完全非晶化,退火后变成多晶硅若衬底温度太高,顶部硅下界面处易形成大量的氧化物沉淀,最常用的温度在600～650℃。氧化物沉淀的生长是以Ostwald机理生长,小的氧化沉淀溶解而大的沉淀生长。在相对较低温度(如1150℃)退火,小的沉淀在顶部硅层析出,大的沉淀稳定在更深处。退火温度达到1300℃,能使注入氧发生分凝形成类矩形分布,沉淀完全溶解,形成完整的二氧化硅层。

硅片键合减薄法(Bonding and Etching Back Silicon,BESOI)：硅片键合减薄法的主要工艺过程是:(1)将两个硅抛光片(其中一个表面有热氧化层)贴合,在室温下通过表面分子或原子间的作用力直接连在一起,然后键合的硅片在干氧气氛中热处理,键合变得很牢固(2)减薄器件有源区硅层到微米甚至亚微米厚,这样就得到了所需的SOI材料。

熔化横向生长：先在硅衬底上形成一层SiO2膜,作为SOI结构中的绝缘层然后在膜上淀积多晶或非晶硅,再通过激光束熔化、电子束熔化、区域熔融或光照熔融等手段使淀积的多晶或非晶硅发生局部熔融,移动熔区,熔区前沿的多晶或非晶硅不断熔化,后沿则发生再结晶。

智能剥离(SMART-CUT)技术：智能剥离技术的工艺过程主要包括以下4个步骤:(1)离子注入。室温下,以一定能量向硅片A注入一定量的H+,在硅表面层下产生一气泡层。(2)键合。将硅片A与另一硅片B进行严格的清洗处理后,在室温下键合。硅片A与B之间至少有一片的键合表面用热氧化法生长SiO2层,用以充当SOI结构中的隐埋绝缘层。B

片将成为SOI结构中的支撑片。(3)热处理。基本上分两步:第一步使键合后的硅片在注入H+的高浓度层位形成气泡层,并发生剥离,剥离掉的硅层留待后用,余下的硅层作为SOI结构中的顶部硅层第二步高温热处理,提高键合界面的结合强度并消除SOI层中的注入损伤。(4)SOI片化学机械抛光,降低表面粗糙度。

外延层转移技术(Epitaxial Layer Transfer,ELTRAN): (1)硅片的阳极极化(2)外延和热氧化(3)键合(4)减薄（5）氢退火。

近年来,SOI材料的制备技术一直在改进。其发展趋势是进一步降低制造成本,提高材料的质量(减少缺陷、提高厚度均匀性等)。此外,CMOS器件的尺寸不断缩小,要求SOI材料顶部硅层的厚度越来越小。因此,薄膜化也是近来SOI材料制备的发展方向。目前,商业化批量生产SOI材料的制备技术主要有注氧隔离、键合与背腐蚀、智能剥离以及ELTRAN技术,但成本仍是制约各种技术广泛应用的首要因素。

SOI（硅技术）

SOI全称为Silicon-On-Insulator，即绝缘衬底上的硅，该技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。

SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势，因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。此外，SOI材料还被用来制造MEMS光开关，如利用体微机械加工技术。

扩展资料：

SOI应用范围

除了特异的优点，在集成电路中使用外，还被用于微光机电MEMS系统的制造，如3D反射镜阵列开关。该反射镜是在SOI衬底的活性层中形成可动反射镜，与另一台阶状电极的衬底连接而成。由于使用单晶硅衬底，且在可动反射镜，直径500微米，的上下面上对称的以同一条件而形成反射膜等，因此，具有10纳米级的翘曲与数十纳米的表面粗糙度。

参考资料来源：百度百科-硅

参考资料来源：百度百科-硅技术

SOI（Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅）技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势，因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。

通常根据在绝缘体上的硅膜厚度将SOI分成薄膜全耗尽FD（Fully Depleted）结构和厚膜部分耗尽PD（Partially Depleted）结构。由于SOI的介质隔离，制作在厚膜SOI结构上的器件正、背界面的耗尽层之间不互相影响，在它们中间存在一中性体区，这一中性体区的存在使得硅体处于电学浮空状态，产生了两个明显的寄生效应，一个是"翘曲效应"即Kink 效应，另一个是器件源漏之间形成的基极开路NPN寄生晶体管效应。如果将这一中性区经过一体接触接地，则厚膜器件工作特性便和体硅器件特性几乎完全相同。而基于薄膜SOI结构的器件由于硅膜的全部耗尽完全消除"翘曲效应"，且这类器件具有低电场、高跨导、良好的短沟道特性和接近理想的亚阈值斜率等优点。因此薄膜全耗尽FDSOI应该是非常有前景的SOI结构。

目前比较广泛使用且比较有发展前途的SOI的材料主要有注氧隔离的SIMOX(Seperation by Implanted Oxygen)材料、硅片键合和反面腐蚀的BESOI(Bonding-Etchback SOI)材料和将键合与注入相结合的Smart Cut SOI材料。在这三种材料中，SIMOX适合于制作薄膜全耗尽超大规模集成电路，BESOI材料适合于制作部分耗尽集成电路，而Smart Cut材料则是非常有发展前景的SOI材料，它很有可能成为今后SOI材料的主流。Smart Cut process

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