材料认识：SOI硅片

前言

我们常说到的硅片，根据尺寸来分类，主要有2"（50mm）、3"（75mm）、4"（100mm）、6"（150mm）、8"（200mm）与 12"（300mm）等规格。

 

而按照制造工艺来分类，主要可以分为抛光片、外延片和SOI 硅片三种。

 

 

单晶硅锭经过切割、研磨和抛光处理后得到抛光片，抛光片经过外延生长形成外延片，抛光片经过氧化、键合或离子注入等工艺处理后形成 SOI 硅片。

 

这里我们专门介绍SOI硅片。

 

什么是SOI硅片

 

 

SOI硅片，又称绝缘体上硅（Silicon On Insulator），是指将一薄层硅置于一绝缘衬底上。SOI硅片是一种类似三明治的夹层式结构，一共有三层，包括顶层（器件层），中间的埋氧层（为绝缘SiO2层）和底层的衬底（体硅）。

 

SOI硅片结构

 

SOI硅片的制备技术

 

 

SOI硅片的制备技术可大致分为注氧隔离技术( SIMOX)、硅片键合和反面腐蚀技术(BESOI)以及智能剥离技术(Smart Cut) 等。

 

注氧隔离技术因为工艺成本较高，目前已逐渐被淘汰。

 

硅片键合和反面腐蚀技术，将两个抛光好并且表面生长有高质量热氧化层的硅片进行严格清洗，然后在超净环境中利用范德华力使其键合，并在高温下退火提高其键合强度，并以一片作衬底，将另一硅片研磨抛光至所需厚度，形成绝缘体上的硅单晶薄膜。

硅片键合和反面腐蚀技术(BESOI)

 

 

智能剥离技术，是目前国内外制备SOI硅片的主流技术。

主要工艺步骤有：

事先准备两片硅片，对其中一片进行氧化并注入氢离子，在硅片中形成氢离子层；

对两片硅片进行严格清洗后将二者键合；

经适当的热处理使注氢片从氢离子层处完整裂开，形成SOI结构；

对SOI表面进行化学机械抛光，去掉残留损伤，为器件制备提供光滑表面。

智能剥离技术(Smart Cut)

 

SOI硅片的应用

 

 

SOI硅片为高速和低功耗器件提供了良好的解决方案，被广泛认为是高压和RF器件的新解决方案。SOI硅片适用于MEMS，功率器件，压力传感器和CMOS集成电路等产品的制造。

SOI硅片的应用领域

 

主要规格尺寸

 

 

SOI 硅片主要尺寸为2″、3″、4″、5″、6″、8″，顶层厚度常见为0.07-0.3μm，埋氧层厚度常见为0.05～15μm，基底层厚度常见为100～500μm。

 

SOI硅片的材料特点

 

 

SOI硅片最大的特点是在衬底Si和顶层Si之间加入了一层SiO2绝缘层。这种独特的Si/SiO2/Si结构实现了器件和衬底的全介质隔离，相比体硅CMOS工艺，减小了寄生电容，运行速度可提高30%，降低了漏电，功耗减少约一半，并且消除了闩锁效应。 

 

涉及SOI硅片的划切，应注意分层结构对切割品质的影响，具体划切方案欢迎咨询西斯特科技。