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200mm BESOI晶圆片关键制备技术与工艺

作　者: 王文宇
导　师: 荣国光; 魏星
学　校: 上海交通大学
专　业: 集成电路工程
关键词: 绝缘层上硅外延化学旋转腐蚀化学机械抛光
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 23次
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内容摘要

SOI（Silicon on Insulator）是指绝缘体上的硅。随着超大规模集成电路向纳米工艺的推进，芯片制造业遇到了前所未有的技术挑战，其中体硅材料的寄生电容效应和衬底电流对制造高速度、高性能器件造成了很大阻碍，而用SOI(Silicon On Insulator)材料制备的器件具有低寄生电容、低漏电流、低工作电压、低功耗等优点，由此SOI技术应运而生。目前，该技术在低压/低功耗、超大规模集成电路、高压功率器件、微机电系统（MEMS）、光子器件等领域得到了广泛的应用，是微电子及光电子领域的前沿技术之一。本论文就是在这个背景下，依托上海新傲科技股份有限公司平台，展开相关领域的研究工作，本文在已有200mm BESOI工艺条件基础上，着重研究了：1）重掺衬底上轻掺外延层的技术优化2）低温键合工艺优化3）腐蚀减薄方法的探索4）传统化学机械抛光工艺优化及应用。获得的主要成果如下：1）重掺衬底上轻掺外延层，由于扩散因素会造成一定的过渡区域，通过一定厚度本征层插入，可以降低过渡区宽度，可以减少后续最终抛光的去除量，提高最终成品的顶层硅均匀性。2）通过低温键合法减少了高温加固中的过渡区扩散问题，并通过一系列试验解决了键合气泡问题。3）分别研究了两种不同的减薄方式，即化学腐蚀减薄和传统化学机械抛光减薄，并制定了这两种减薄方式之间相互配合工艺，最终制成顶层硅Range在0.2μm（±0.1μm）的新型BESOI衬底材料。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-14
第一章引言  14-27
  1.1. SOI 应用领域  15-17
    1.1.1. 厚膜 SOI  16-17
    1.1.2. 厚膜 SOI 市场前景  17
  1.2. 主流的厚膜 SOI 制造技术  17-23
    1.2.1. BESOI  19
    1.2.2. 外延层转移技术（ELTRAN）  19-20
    1.2.3. SMARTCUT 技术  20-22
    1.2.4. SIMBOND 技术  22-23
  1.3. 开发新型 BESOI 作为厚膜 SOI 制造工艺的意义  23-26
    1.3.1. 现有 SOI 工艺的优缺点  23-24
    1.3.2. 新型 BESOI 工艺流程及特点  24-26
  1.4. 本文的主要工作  26-27
第二章新型 BESOI 外延技术  27-33
  2.1. 外延工艺简介  27
  2.2. 外延过渡区  27-29
    2.2.1. 外延掺杂源的选择  28-29
  2.3. 外延结构对扩散的影响  29-31
    2.3.1. 纯本征层对扩散的影响  29-31
  2.4. 外延炉对 Range 的影响  31-32
    2.4.1. ASM 单片炉外延  31
    2.4.2. 桶式炉外延  31-32
    2.4.3. 对比小结  32
  2.5. 本章小结  32-33
第三章键合与加固工艺  33-49
  3.1. 键合原理  33-34
  3.2. 键合设备  34-35
  3.3. 等离子键合工艺  35-43
    3.3.1. 等离子体处理硅片  35-43
    3.3.2. 等离子体键合后的击穿电压  43
  3.4. 键合后加固技术  43-48
    3.4.1. 退火温度对杂质扩散的研究  44-46
    3.4.2. 退火温度对键合强度的研究  46-48
  3.5. 本章小结  48-49
第四章硅片腐蚀减薄工艺  49-78
  4.1. 旋转腐蚀减薄  49-52
    4.1.1. 旋转腐蚀机台  49-52
  4.2. HNA 腐蚀原理  52-55
  4.3. HNA 系统的腐蚀特性  55-76
    4.3.1. 腐蚀自停止  56-57
    4.3.2. 预腐蚀的必要性  57-58
    4.3.3. 腐蚀前硅片表面状态的影响  58-61
    4.3.4. 浓度及配比对腐蚀的影响  61-68
    4.3.5. 流量对腐蚀速率的影响  68-70
    4.3.6. 硅片转速对腐蚀速率的影响  70-72
    4.3.7. 黑色腐蚀斑纹的去除  72-73
    4.3.8. 腐蚀三角图  73-74
    4.3.9. 不同掺杂类型对腐蚀速率的影响  74-75
    4.3.10. 硅片背面保护  75-76
  4.4. 本章小结  76-78
第五章化学机械抛光减薄技术研究  78-83
  5.1. 单面化学机械抛光  78-82
    5.1.1. 化学机械抛光工艺参数分析  80-81
    5.1.2. CMP 抛光去除量对腐蚀后均匀性的影响  81-82
  5.2. 本章小结  82-83
第六章工艺结论  83-85
  6.1. 埋氧层/顶层硅厚度可调  83
  6.2. 埋氧层/顶层硅厚度的均匀性优良  83
  6.3. 埋氧层优良的介电性能  83
  6.4. 顶层硅的表面缺陷状况  83-84
  6.5. 结论  84-85
第七章结束语  85-87
  7.1. 主要工作与创新点  85
  7.2. 后续研究工作  85-87
参考文献  87-91
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  91

200mm BESOI晶圆片关键制备技术与工艺

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