非單一SiO-,2-埋層的SOI新結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、非單一Sio埋層的SO新結(jié)構(gòu)研究摘要探索研究新的SOI結(jié)構(gòu)成為SO工研究領(lǐng)域新的熱點。傳統(tǒng)SOI結(jié)構(gòu)是以Si0:作為絕緣埋層，由于氧化硅的低熱導(dǎo)率而使SOI器件電路存在自加熱效應(yīng)，在SOI結(jié)構(gòu)中引入新的埋層成為了解決這些問題的有效途徑。本論文結(jié)合我們承擔(dān)的973、國家自然科學(xué)基金項目等國家任務(wù)，開展了以Si3N4.Si02Si3N4、Si02Si3N4SiO2等為埋層的新型SOI結(jié)構(gòu)等材料的制備、性能及其應(yīng)用的研究。獲得了以下主要結(jié)果:

2、采用X射線四晶衍射儀定量測試ELTRAN技術(shù)制備的SOI材料的頂層硅應(yīng)變，分析了ELTRANSOI頂層硅應(yīng)變產(chǎn)生原因。采用超高真空電子束蒸發(fā)技術(shù)，以Fe為催化劑，成功的在硅和多孔硅襯底上生長納米硅錐陣列，結(jié)果表明這些納米硅錐陣列具有良好的場發(fā)射性能。為減輕傳統(tǒng)SOI器件電路的自加熱效應(yīng)，首次采用多孔硅外延轉(zhuǎn)移技術(shù)制備出以氮化硅為埋層的SOI新結(jié)構(gòu)。測試結(jié)果表明制備的新SOI樣品具有較好的結(jié)構(gòu)性能，但由于熱應(yīng)力的不匹配，頂層硅與氮化硅界面

3、處有損傷存在。這種新結(jié)構(gòu)的電阻率分布均勻，絕緣埋層具有很好的絕緣性能。為避免頂層SiSi3N4界面處存在的高界面態(tài)，成功的采用多孔硅外延轉(zhuǎn)移技術(shù)制備出以Si02Si3N4為雙埋層的SOIM新結(jié)構(gòu)，其中二氧化硅作為過渡層。結(jié)果表明制備的SOIM樣品具有很好的結(jié)構(gòu)性能，頂層硅電阻率分布均勻，絕緣埋層具有很好的絕緣性能。由于二氧化硅過渡層的引入，大大減輕了氮化硅與硅直接接觸而引入的缺陷和高界面態(tài)。采用Medici軟件模擬以Si02Si3N。為

4、埋層的SOIMMOSFET在抑制自加熱效應(yīng)方面的所表現(xiàn)的優(yōu)越性。為減少雙埋層SOIM片的翹曲度及減少這種結(jié)構(gòu)中由于硅襯底與氮化硅直接接觸引入的高界面態(tài)，首次采用智能剝離技術(shù)成功制備出以Si02Si3N4SiO:為三埋層SOIM新結(jié)構(gòu)，其中的兩個二氧化硅埋層均為過渡層:實驗結(jié)果表明三埋層的SOIM結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能和電學(xué)特性。中n科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所博士學(xué)位論文非單一Si0atf層的SO1新結(jié)構(gòu)研究AbstractForS

5、tudiesofSOImaterialswithnewburiedinsulatorXinyunMeDirectedbyChengluLinandWeiliLiuDuetothepoorthermalconductivityofburiedoxidelayerselfheatingeffectinSOIdeviceslimitstheapplicabilityofstandardSOImaterials.Inordertesolveth

6、equestionandmeetthedemandofspecialdevicecircuittherehasbeenastronginterestinthedevelopmentnewSOIstructures.Replacementoftheburiedsilicondioxidebyabetterthermalconductorcouldminimizetheeffecteffectively.Basedonthedemandsa

7、ndsupportsofspecialFundsforMajorStateBasicResearchprojectsandthenationalnaturalsciencefoundationofchinawehavemadeaseriesofinvestigationsonfabricationandcharacterizationofnewSOIstructures(SiSi3N4SisubstrateSiSi02Si3N4Sisu

8、bstrateandSiSi02Si3N4Si02Sisubstrate)SOG(SiliconOnGlass)andothernewmaterials.Mainnewresultsaredrawnasfollows:ThepropertiesofSOImaterialsfabricatedbyepitaxiallayertransfertechnologywereinvestigated.Siliconnanorods(about10

9、35nmheight)onsiliconandporoussiliconsubstratesweresynthesizedusingUltrahighvacuumelectronbeamevaporationinthepresentofaFecatalyst.AFMisusedtoestimatethedimensionandcheckthemorphologyofthesiliconnanoclusters.Theelectronfi

10、eldemissionisusedtorevealsthepropertyofsiliconnanorodsgrownondifferentsubstrates.SOlstructureswithSi3N4filmasburiedinsulatorweresuccessfullyformedusingepitaxiallayertransfertechnologyforthefirsttime.Thestructuralandelect