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低温压力传感器与SOI资料财产化可行性研讨报告

宣布时候:2020-6-8      宣布人:泽天传感      点击:

1、名目提出的背景、须要性及意思

因为外洋SOI资料价钱高贵,并且对我国封闭禁运,国际研讨单元和出产厂家难以展开研制和出产SOI集成电路,在21世纪初底子不可以或许或许依靠入口完成我国电子、信息等高科技的成长和国防的古代化历程。若是咱们能完成SOI资料的国产化,便可以或许或许批量出产各类系列军用急需的SOI抗辐照、无锁定、高速率、低功耗的集成电路和各类高机能的低温传感器,装备我国的卫星、火箭、导弹和宇宙飞船的电子节制系统,进步这些兵器装备的利用寿命、节制精度和宁静靠得住性,进步我国的国防气力。同时,为SOI器件在挪动通信、计较机、汽车、航空航天、核能和煤油提炼等民用高科技范畴的大范围推行利用,供给手艺和财产化的撑持。

今朝,美国可以或许或许制备出的商用SOI硅片,固然品德还不完善,但其售价高贵。若是可以或许或许领先完成SOI资料的财产化,必将进一步推动天下电子信息资料范畴的成长,带来庞大的经济效益和社会效益。

2、SOI的用处与手艺成长近况

SOI资料是21世纪最首要的硅集成电路资料。因为资料的出格布局,决议了用SOI资料建造的器件具有极低的寄生电容和极低的任务电压,能削减短沟道效应和热电子效应的影响,同时具有无闩锁、低泄电、低功耗、速率快和高驱动才能,耐低暖和抗辐照才能强,集成度高和工艺简略等长处。可用于建造高压、低功耗器件和低温器件(任务温度可达300℃,比方低温压力传感器)。在CMOS/SOI电路中,因辐照发生的光电流比体硅CMOS电路小近3个数目级,抗瞬态辐照才能和抗中子辐照的才能远高于体硅CMOS电路。

SOI器件首要用于计较机、汽车、航空和煤油提炼等须要的高压、低功耗和低温器件和军事微电子航空航天中卫星和导弹上用的抗辐照电路。因为SOI资料,出格是薄膜SOI布局资料有用地降服了体硅资料的缺少,充实阐扬了硅集成手艺的潜力,它在高机能的ULSI、高压、低温、抗辐照、高压低功耗及三维集成电路范畴中,均有极为普遍的利用远景。SOI资料是建造国防和经济扶植中须要的超高速旌旗灯号处置和强抗核辐射才能的计较机及节制部件的抱负资料。SOI手艺成为国防微电子尖端手艺。制备SOI资料的手艺有多种,比方硅内涵横向成长、二氧化硅上的多晶硅或非晶硅的再结晶、硅片键合及侵蚀减薄手艺(BESOI,Bond and etch back)、氧离子注入断绝手艺SIMOX(Separation by implanted oxygen)和智能剥离手艺(Smart-cut,即用键合方式将长有氧化层的硅片和另外一硅片分解于一体,事后注入的氢原子层加温后将下层剥离、抛光)。此中SIMOX和Smart-cut更合适于大范围出产。

Smart- cut是为降服BESOI手艺中硅片减薄的坚苦而成长起来的新手艺,很有远景,已成为此后SOI手艺的研讨热门之一。用Smart-Cut手艺制备SOI资料,今朝有一些不易降服的坚苦:在注氢剥离时,高剂量注入的氢处于一种团圆的凝集状况,不构成大面积的持续层,使剥离坚苦,剥离后的顶部硅层外表必须进一步处置,才能建造器件;因为表层的平坦度和杂质等缘由,键合的界面的物理机能不完善,一样影响顶层硅上电路的靠得住性。

SIMOX手艺是今朝SOI资料的支流建造手艺,美国IBIS和SPRIL公司、法国SOITEC公司已有商品化的SOI资料出卖。跟着薄膜全耗尽亚微米集成电路的成长,今朝SIMOX手艺是向低注入剂量、低注入能量的标的目标成长,目标是建造超薄硅膜的SOI资料,同时削减注入时候,削减沾污,改良顶部硅膜的晶体完全性,并降落本钱。SIMOX手艺在这方面加倍显现出其怪异的长处。

与国际比拟,我国的SIMOX资料在资料的综合机能目标上仍有相称的差异。首要表此刻顶部硅层的电阻率平均性、位错密度和金属沾污状况不迭外洋先历程度,今朝不能知足集成电路的请求。建造装备掉队,缺少强束流(>1mA)的公用注氧机和超低温退火装备(>1300℃),是构成我国在SIMOX资料建造手艺上的庞大差异的首要缘由。今朝国际研讨和出产单元所能取得的SOI资料,根基都是经由进程非正轨渠道从外洋取得,数目很少,品德也不能保障,底子没法知足须要。

3、SOI资料的须要与供给情况

今朝,国际SOI器件正处于研制阶段,市场须要量约为1000-2000片/年。此后三五年内,跟着SOI器件和电路在国防装备上的普遍接纳,对SOI资料的须要量会大幅度回升。若是SOI器件大范围出产并普遍用于通信、电子、计较机、航空业、汽车业等民用范畴,对SOI资料的须要量将会以多少量级迟缓回升。和别的电子类产品近似,从1998年此后,跟着出产范围的成长和出产本钱的降落,国际市场的SOI资料价钱根基处于一种迟缓降落的趋向中,估计此后几年仍将坚持这类降落趋向,但降落幅度将不会太大,出格是国际市场。

4、SOI制备手艺存在的手艺困难

虽然SIMOX手艺在外洋已完成商品化,依然有三个首要题目不处置:因为颠末高剂量氧离子注入,顶层硅中残存的氧浓度较高,构成较高密度的位错,出格是难以消弭的穿通位错,单晶品德差;在二氧化硅埋层中存在着以硅原子为主体的针孔、管道和硅分凝产品;太高的退火温度影响了产品的制品率和本钱。普通来讲低温退火是消弭位错的有用路子,为了取得高品德的资料,退火温度高过1300℃,退火时候长达6小时,几近成为公认的手艺计划。若是不是已很是靠近硅的熔点,退火温度可以或许或许还会选得更高,并且进步退火温度的方式用到了极限,仍不能完全处置题目。

最近几年来因为SOI薄膜资料的研讨胜利和机能的改良,跟着SOI资料外表硅层厚度的减薄,可以或许或许使SOI器件到达更优胜的全耗尽状况。这类SOI薄膜资料更合适于建造高机能的深亚微米ULSI电路。薄膜全耗尽SOI器件具有:速率高、功耗低(1V电源)、抗辐照特征好、集成度高、本钱高等一系列长处。亚微米超薄SOI手艺是完成高速、高吞吐才能和抗辐照电路的抱负挑选。

5、名目手艺工艺线路

氧离子注入单晶硅硅片:节制注入的剂量和能量,到达预约的深度和浓度,也要到达外表硅层和氧化硅层的电特征请求。同时节制注入时硅片的温度,以坚持顶部硅层的单晶状况。低温退火:完全地洗濯此后,在硅片外表成长一层掩护感化的氧化硅膜。节制退火温度、时候和掩护氛围,使硅片构成预约尺寸、电机能的三层布局。请求工艺进程构成的金属沾污、毁伤和界面不平坦节制在许可范围以内。非晶化手艺改良产品品德:连系硅自注入非晶化和疾速热退火手艺,节制工艺前提,首要处置SIMOX手艺中的外表硅层的单晶和氧化硅层的完全平均性的产品品德题目,也要优化注入和退火的工艺手艺,以降落本钱和进步出产率。

6、名目实行对情况影响及拟采用的方法

半导体资料建造进程中,须要断根硅片外表上的各类杂质,包含建造进程中发生的外表层、金属沾污、剩余的无机溶剂和化学试剂。高纯水(UPDI水)的首要用处是去除硅片外表的各类化学杂质。除洗濯硅片进程中排挤的化学杂质,在打扫及维修受净化的公用建造装备,出格是制水装备会流出废气和废液。副产品及一切受净化物料,必须作为风险品停止办理,接出格废物处置(包含固体废渣、受净化的衣服、受净化的真空泵油、水淋系统的废液、干式吸附器的固体废物等)。必须采用恰当的防备方法,比方穿着一次性外衣、一次性手套及口罩。像任务服、净化器皿这类要反复利用的受净化物料,必须颠末出格处置以防员工受净化物的影响。

7、名目实行的社会效益评估

外洋的SOI资料价钱高贵,即便对我国消除禁运,或找到方法入口,其价钱还是国际用户所没法蒙受的。对国度而言就要破费大批可贵的外汇。在国际完成SOI资料的财产化,其绝对昂贵的价钱必将遭到国际用户的接待,一方面可以或许或许大批知足国际用户的须要,另外一方面也可以或许或许使国度削减乃至不必入口,为国度节俭大批外汇。当国产SOI资料进军国际市场后,还可以或许或许为国度大批创汇。

到今朝为止,国际还没有一家企业具有SOI资料财产化的才能。若是可以或许或许在国际完成SOI资料的大范围出产,成立起具有我国自立常识产权的并具有消化接收及立异才能的新资料财产系统,这将是我国高新资料建造手艺的一个里程碑,必将影响和动员国际相干迷信手艺范畴的进一步成长。本文源自泽天传感,转载请保留来由。