本文介紹硅鍺材料、硅退火片和絕緣體上硅（SOI）

硅鍺（SiGe/Si）材料

硅鍺（SiGe/Si）材料，作為近十年來(lái)硅基材料的新發(fā)展，通過(guò)在硅襯底上生長(zhǎng)硅鍺合金外延層而制得。這種材料在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力，包括微波管、紅外探測(cè)器及發(fā)光器件的制作。

應(yīng)用前景

微波器件：在1988年，已利用SiGe/Si材料試制出異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管（HBT），其截止頻率可高于100GHz。與GaAs FET相比，SiGe/Si HBT更容易與Si的微電子工藝相兼容，因此具有廣闊的發(fā)展前景。

紅外探測(cè)器：SiGe/Si的多量子阱結(jié)構(gòu)可用于制作紅外探測(cè)器，覆蓋1.3~1.5μm和8~12μm的紅外區(qū)域。盡管其制備工藝復(fù)雜，探測(cè)性能尚未達(dá)到CdHgTe和GaAs/GaAlAs的水平，但仍有很大的提升空間。

材料特性與挑戰(zhàn)

晶格失配：由于Ge與Si的晶格參數(shù)相差較大（約4%），Si1-xGex/Si的界面存在失配應(yīng)力。這可能導(dǎo)致外延層的失配位錯(cuò)密度高達(dá)106cm-2以上。

解決方法：為解決晶格失配問(wèn)題，可以采取生長(zhǎng)應(yīng)變層使其厚度在臨界厚度以下，或者生長(zhǎng)過(guò)渡層的方法。

產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

SiGe/Si材料與器件已逐步實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，用于制作異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管和CMOS電路，可在1G~20GHz頻率下工作。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，已出現(xiàn)工作頻率達(dá)到210GHz的SiGe晶體管，有望在通信領(lǐng)域替代部分化合物半導(dǎo)體器件。

硅退火片

在集成電路的工藝與技術(shù)不斷進(jìn)步的當(dāng)下，雖然晶體中約0.12微米量級(jí)的缺陷問(wèn)題已基本得到解決，但如何進(jìn)一步降低約0.06微米量級(jí)的缺陷仍是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。對(duì)于生產(chǎn)IC電路芯片的廠家來(lái)說(shuō)，技術(shù)開(kāi)發(fā)以滿足0.18~0.13微米以及線寬小于0.10微米至65納米、45納米、28納米等更小尺寸IC電路芯片工藝的高質(zhì)量芯片需求顯得尤為重要。

美國(guó)MEMC公司早在2001年就發(fā)布了采用其獨(dú)有的MDZ（magic denuded zones）方法和低缺陷結(jié)晶技術(shù)組合的退火硅片（optia），并開(kāi)始了批量生產(chǎn)。該技術(shù)結(jié)合了硅單晶制備工藝的改進(jìn)，通過(guò)在晶體中心部分產(chǎn)生空位缺陷，并利用空位比氧更快的擴(kuò)散速度，成功研發(fā)出快速退火（RTP）吸雜工藝，即MDZ工藝。該工藝通過(guò)高溫對(duì)硅片進(jìn)行快速、短時(shí)間的退火處理，顯著提升了硅片的質(zhì)量，使其達(dá)到與外延片相當(dāng)?shù)乃健?/p>

此外，日本三菱公司的高品質(zhì)硅片和日本住友金屬公司的H/Ar退火硅片強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，為用戶提供了更多的選擇。SUMCO公司的“氫退火”硅片（EP-NANA外延片）用于提高器件的結(jié)晶質(zhì)量和退火型硅片（SUPER silicon）等方面。同樣，日本小松電子公司也針對(duì)0.13微米時(shí)代的高質(zhì)量型“氫退火”硅片（Generation6）投入了大量的開(kāi)發(fā)和科研力量。

綜上所述，硅退火片在集成電路制造中扮演著越來(lái)越重要的角色，各大公司都在不斷研發(fā)和改進(jìn)相關(guān)技術(shù)，以滿足日益增長(zhǎng)的納米電子技術(shù)需求。

絕緣體上硅（SOI）

絕緣體上硅（SOI）是一種特殊的半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)，它將一層薄薄的硅單晶覆蓋在由二氧化硅或玻璃制成的絕緣體上。與傳統(tǒng)的體硅CMOS技術(shù)相比，SOI技術(shù)在SOI薄層上構(gòu)建的晶體管具有更快的運(yùn)算速度和更低的功耗。

隨著集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步，SOI材料作為新一代半導(dǎo)體材料，其研發(fā)和生產(chǎn)已成為國(guó)際半導(dǎo)體公司的戰(zhàn)略重點(diǎn)。通過(guò)合理的工藝流程、高精度的設(shè)備和嚴(yán)格的生產(chǎn)管理，可以制備出滿足高性能集成電路要求的硅拋光片。

以下介紹兩種技術(shù)：

硅片直接鍵合（SDB）技術(shù)：將兩片拋光硅片中的一片表面經(jīng)過(guò)熱氧化生長(zhǎng)一層SiO2層，然后進(jìn)行親水處理，使硅片表面被硅醇基覆蓋，依靠硅片之間羧基的相互作用而緊密結(jié)合;再將鍵合好的硅片置于高溫爐內(nèi)加熱形成Si-O-Si結(jié)構(gòu)

鍵合后的一片硅片需要減薄處理，以滿足制備SOI器件或電路的要求。

氫注入剝離鍵合技術(shù)：利用H+注入后在硅片中形成的氣泡層，將注氫片與另一個(gè)支撐硅片鍵合;經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚恚棺淦瑥臍馀輰油暾验_(kāi)，形成SOI結(jié)構(gòu)。

再對(duì)SOI片表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，該技術(shù)被認(rèn)為是一種比較理想的SOI材料制備技術(shù)。

隨著集成電路技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，硅片材質(zhì)已從傳統(tǒng)的純互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）向SOI等低漏電材質(zhì)演變。這一轉(zhuǎn)變促使全球眾多半導(dǎo)體大廠投身于SOI技術(shù)的研發(fā)，并與硅片生產(chǎn)廠商展開(kāi)密切合作。

SOI技術(shù)作為新一代半導(dǎo)體材料技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。隨著制備技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，SOI材料將在未來(lái)集成電路制造中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。