SOI工艺技术PPT推荐.ppt
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根据设计的需要,将各种杂质掺根据设计的需要,将各种杂质掺杂在需要的位置上,形成晶体管、接触等杂在需要的位置上,形成晶体管、接触等制膜:
制膜:
制作各种材料的薄膜制作各种材料的薄膜图形转换:
?
光刻:
接触光刻、接近光刻、投影光刻、电光刻:
接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子束光刻子束光刻?
刻蚀:
干法刻蚀、湿法刻蚀刻蚀:
干法刻蚀、湿法刻蚀掺杂:
离子注入离子注入退火退火?
扩散扩散制膜:
氧化:
干氧氧化、湿氧氧化等氧化:
干氧氧化、湿氧氧化等?
CVD:
APCVD、LPCVD、PECVD?
PVD:
蒸发、溅射蒸发、溅射前工序:
集成电路制造工序后工序后工序划片划片封装封装测试测试老化老化筛选筛选辅助工序辅助工序超净厂房技术超净厂房技术超纯水、高纯气体制备技术超纯水、高纯气体制备技术光刻掩膜版制备技术光刻掩膜版制备技术材料准备技术材料准备技术隔离技术隔离技术PN结隔离结隔离场区隔离场区隔离绝缘介质隔离绝缘介质隔离沟槽隔离沟槽隔离LOCOS隔离工艺隔离工艺沟槽隔离工艺接触与互连接触与互连Al是目前集成电路工艺中最常用的金是目前集成电路工艺中最常用的金属互连材料属互连材料但但Al连线也存在一些比较严重的问题连线也存在一些比较严重的问题?
电迁移严重、电阻率偏高、浅结穿透等电迁移严重、电阻率偏高、浅结穿透等Cu连线工艺有望从根本上解决该问题连线工艺有望从根本上解决该问题?
IBM、Motorola等已经开发成功等已经开发成功目前,互连线已经占到芯片总面积的目前,互连线已经占到芯片总面积的7080%;
且连线的宽度越来越窄,;
且连线的宽度越来越窄,电流密度迅速增加电流密度迅速增加SOI挑战与机遇挑战与机遇1947年年12月月Schockley等三人等三人发明晶体管,发明晶体管,1956年年获得诺贝尔奖获得诺贝尔奖晶体管和集成电路的发明晶体管和集成电路的发明拉开了人类信息时代的序幕拉开了人类信息时代的序幕1958年年Kilby发发明明第第一一块块集集成成电电路路,2000年年获诺贝尔物理学奖获诺贝尔物理学奖微处理器的性能微处理器的性能8080808080868086802868028680386803868048680486PentiumPentiumPentiumProPentiumPro100G10GGiga100M10MMegaKilo19701980199020002010导入期导入期MooresLaw成熟期成熟期器件尺寸缩小带来一系列问题器件尺寸缩小带来一系列问题体硅体硅CMOS电路电路?
寄生可控硅闩锁效应寄生可控硅闩锁效应?
软失效效应软失效效应器件尺寸的缩小器件尺寸的缩小?
各各种种多多维维及及非非线线性性效效应应:
表表面面能能级级量量子子化化效效应应、隧隧穿穿效效应应、短短沟沟道道效效应应、窄窄沟沟道道效效应应、漏漏感感应应势势垒垒降降低低效效应应、热热载载流流子子效效应应、亚亚阈阈值值电电导导效效应应、速速度度饱饱和和效效应应、速度过冲效应速度过冲效应?
严重影响了器件性能严重影响了器件性能器件隔离区所占芯片面积相对增大器件隔离区所占芯片面积相对增大?
寄生电容增加寄生电容增加?
影响了集成度及速度的提高影响了集成度及速度的提高克服上述效应,采取的措施克服上述效应,采取的措施工艺技术工艺技术?
槽隔离技术槽隔离技术?
电子束刻蚀电子束刻蚀?
硅化物硅化物?
中间禁带栅电极中间禁带栅电极降低电源电压降低电源电压?
在在体体硅硅CMOS集集成成电电路路中中,由由于于体体效效应应的的作作用用,降降低低电电源源电电压压会会使使结结电电容容增增加加和和驱驱动动电电流流减减小小,导致电路速度迅速下降导致电路速度迅速下降急急需需开开发发新新型型硅硅材材料料及及探探索索新新型型高高性性能能器器件件和和电电路路结结构构,充充分分发发挥挥硅硅集集成成技技术术的的潜潜力力:
SOI是最佳选择之一是最佳选择之一SOI技术的特点技术的特点SOI技术技术SOI:
Silicon-On-Insulator绝缘衬底上的硅绝缘衬底上的硅SiSiSiO2SOI技术的特点技术的特点速度高:
速度高:
迁迁移移率率高高:
器器件件纵纵向向电电场场小小,且且反反型型层层较厚,表面散射作用降低较厚,表面散射作用降低?
跨导大跨导大?
寄寄生生电电容容小小:
寄寄生生电电容容主主要要来来自自隐隐埋埋二二氧氧化化硅硅层层电电容容,远远小小于于体体硅硅MOSFET中中的的电电容容,不不随随器器件件按按比比例例缩缩小小而而改改变变,SOI的结电容和连线电容都很小的结电容和连线电容都很小SOI技术的特点技术的特点功耗低:
功耗低:
静态功耗:
Ps=ILVdd?
动态功耗:
PA=CfVdd2集成密度高:
集成密度高:
SOI电电路路采采用用介介质质隔隔离离,它它不不需需要要体体硅硅CMOS电电路路的的场场氧氧化化及及井井等等结结构构,器器件件最最小小间间隔隔仅仅仅仅取取决决于于光光刻刻和和刻刻蚀蚀技技术术的的限制,集成密度大幅度提高限制,集成密度大幅度提高SOI技术的特点技术的特点抗辐照特性好:
抗辐照特性好:
SOI技技术术采采用用全全介介质质隔隔离离结结构构,彻彻底底消消除除体体硅硅CMOS电电路路的的Latch-up效应效应?
具有极小的结面积具有极小的结面积?
具具有有非非常常好好的的抗抗软软失失效效、瞬瞬时时辐辐照照和和单单粒粒子子(粒粒子子)翻翻转转能能力力载能载能粒子粒子射入体硅和射入体硅和SOI器件器件的的情况情况SOI技术的特点技术的特点成本低:
成本低:
SOI技技术术除除原原始始材材料料比比体体硅硅材材料料价价格格高高之外,其它成本均少于体硅之外,其它成本均少于体硅?
CMOS/SOI电电路路的的制制造造工工艺艺比比典典型型体体硅硅工工艺艺至至少少少少用用三三块块掩掩膜膜版版,减减少少1320的工序的工序?
使使相相同同电电路路的的芯芯片片面面积积可可降降低低1.8倍倍,浪费面积减少浪费面积减少30以上以上?
美美国国SEMATECH的的研研究究人人员员预预测测CMOS/SOI电电路路的的性性能能价价格格比比是是相相应应体体硅电路的硅电路的2.6倍倍SOI技术的特点技术的特点特别适合于小尺寸器件:
特别适合于小尺寸器件:
短沟道效应较小短沟道效应较小?
不不存存在在体体硅硅CMOS电电路路的的金金属属穿通问题,自然形成浅结穿通问题,自然形成浅结?
泄漏电流较小泄漏电流较小?
亚阈值曲线陡直亚阈值曲线陡直漏电漏电相同相同时时薄膜薄膜SOI与体硅与体硅器件器件的的亚阈值特性亚阈值特性SOI技术的特点技术的特点特别适合于低压低功耗电路:
特别适合于低压低功耗电路:
在在体体硅硅CMOS集集成成电电路路中中,由由于于体体效效应应的的作作用用,降降低低电电源源电电压压会会使使结结电电容容增增加加和和驱驱动电流减小,导致电路速度迅速下降动电流减小,导致电路速度迅速下降?
对对于于薄薄膜膜全全耗耗尽尽CMOS/SOI集集成成电电路路,这这两两个个效效应应都都很很小小,低低压压全全耗耗尽尽CMOS/SOI电电路路与与相相应应体体硅硅电电路路相相比比具具有有更更高高的的速速度度和更小的功耗和更小的功耗SOI器件器件与体硅与体硅器件器件的的饱和饱和漏漏电流之比与电源电流之比与电源电压电压的的关系关系SOI技术的特点技术的特点SOI结结构构有有效效克克服服了了体体硅硅技技术术的的不不足足,充充分发挥了硅集成技术的潜力分发挥了硅集成技术的潜力Bell实实验验室室的的H.J.Leamy将将这这种种接接近近理理想想的器件称为是下一代高速的器件称为是下一代高速CMOS技术技术美美国国SEMATECH公公司司的的P.K.Vasudev也也预预言言,SOI技技术术将将成成为为亚亚100纳纳米米硅硅集集成成技术的主流工艺技术的主流工艺应应用用领领域域:
高高性性能能ULSI、VHSI、高高压压、高温、抗辐照、低压低功耗及三维集成高温、抗辐照、低压低功耗及三维集成SOI技术的技术的挑战和机遇挑战和机遇SOI技术挑战和机遇技术挑战和机遇SOI材料材料是是SOI技术的基础技术的基础?
SOI技技术术发发展展有有赖赖于于SOI材材料料的的不不断断进进步,材料是步,材料是SOI技术发展的主要障碍技术发展的主要障碍SOS、激光再结晶、激光再结晶、ZMR、多孔硅氧化多孔硅氧化?
这个障碍目前正被逐渐清除这个障碍目前正被逐渐清除?
SOI材材料料制制备备的的两两个个主主流流技技术术SIMOX和和BOUNDEDSOI最最近近都都有有了了重重大进展大进展SOI技术挑战和机遇技术挑战和机遇SIMOX材料:
材料:
最新趋势是采用较小的氧注入剂量最新趋势是采用较小的氧注入剂量显著改善顶部硅层的质量显著改善顶部硅层的质量降低降低SIMOX材料的成本材料的成本低低注注入入剂剂量量(41017/cm2)的的埋埋氧氧厚厚度度薄薄:
8001000退退火火温温度度高高于于1300,制制备备大大面面积积(300mm)SIMOX材料困难材料困难SOI技术挑战和机遇技术挑战和机遇键合键合(Bonded)技术:
技术:
硅膜质量高硅膜质量高?
埋氧厚度和硅膜厚度可以随意调整埋氧厚度和硅膜厚度可以随意调整?
适合于功率器件及适合于功率器件及MEMS技术技术?
硅硅膜膜减减薄薄一一直直是是制制约约该该技技术术发发展展的的重重要要障碍障碍?
键键合合要要用用两两片片体体硅硅片片制制成成一一片片SOI衬衬底底,成本至少是体硅的两倍成本至少是体硅的两倍SOI技术挑战和机遇技术挑战和机遇Smart-Cut技术是一种智能剥离技术技术是一种智能剥离技术?
将将离离子子注注入入技技术术和和硅硅片片键键合合技技术术结结合合在在一起一起?
解解决决了了键键合合SOI中中硅硅膜膜减减薄薄问问题题,可可以以获得均匀性很好的顶层硅膜获得均匀性很好的顶层硅膜?
硅膜质量接近体硅。
剥剥离离后后的的硅硅片片可可以以作作为为下下次次键键合合的的衬衬底底,降低成本降低成本SOI技术挑战和机遇技术挑战和机遇SOI材料质量近几年有了惊人进步材料质量近几年有了惊人进步生产能力和成本成为关键问题生产能力和成本成为关键问题Smart-Cut技技术术和和低低剂剂量量SIMOX技技术术是是两两个最有竞争力的技术个最有竞争力的技术SOI将将成成为为继继硅硅外外延延片片之之后后的下一代硅材料的下一代硅材料智能剥离智能剥离SOI工艺工艺流程图流程图(SMARTCUTSOI)SOI技术挑战和机遇技术挑战和机遇浮浮体体效效应应是是影影响响SOI技技术术广广
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- SOI 工艺技术