特种SOI材料研发
为了满足SOI的特殊应用的要求,近些年来研发了多种SOI新材料,其中包括:
1.高阻SOI
先进射频SoC器件要求高阻SOI衬底和高阻加工晶圆,高阻(HR)衬底将极大地改善无源元件的性能,这些无源元件包括直接制备在硅芯片上的电感等。高阻SOI衬底在与射频电路、压控振荡器(VCO)和低噪声放大器(LNA)等合成时还可进一步突出模拟/数字混合电路的这些优势,使它们在工作期间具有更高、更稳的性能以适应各种工艺的变化和扰动效应。高阻SOI技术可提供完全的氧化物隔离,切断衬底注入噪声的直接通道。高电阻率衬底可降低电容耦合,进一步减小与衬底相关的各种射频损耗。与体硅晶圆相比,闭锁效应就不再成为问题。
2.混合取向SOI
(110)衬底上的空穴迁移率大约是(100)衬底上的两倍,在混合取向的复合型SOI中,制造复合衬底时分别将(110)和(100)晶体取向区作为p沟和n沟。衬底制作采用了将(110)硅层转移到(100)加工晶圆上的方法。在(110)上生长(100)膜是混合衬底的另一个变化。
对于在(110)面上制作的40nm长pMOSFET而言,可以获得电流驱动提高45%的结果;然而,(110)面上的nMOSFET则会降低35%。为了攻克这一难题,采用通过隐埋氧化物一直到(100)加工衬底的方法在衬底上刻蚀了与n沟区相对应的窗口,形成隔离层之后再进行选择外延硅生长。
3.超薄埋层和非SiO2埋层SOI
SiO2埋层(BOX)的热导率约比硅低100倍之多。因此,SOI中的局部自加热就成为大部分时间用于开态器件或高占空比电路的一个重要考虑问题。一种简便的办法就是对BOX的厚度进行等比缩小。另一种方法是将高热导率材料用作埋层。目前已证实,氮化物/氧化物复合埋层是提高衬底热导率的一种有效方法。中科院上海微系统所已成功研制了多种新埋层SOI结构,其埋层材料包括AlN、Al2O3、DLC等,计算机模拟结果表明这些材料可以有效克服器件的自加热效应。
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