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Herstellung und Charakterisierung lokaler Silizium-auf-Isolator-Substrate

 
: Bentum, R. van

Berlin: Mensch & Buch Verlag, 2000, XIII, 202 pp. : Ill., Lit.
Zugl.: Duisburg, Univ., Diss., 2000
ISBN: 3-89820-109-0
German
Dissertation
Fraunhofer IMS ()
SIMOX-Technologie; SOI-Technologie; Fertigung

Abstract
In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Verfahren zur Herstellung lokaler Silizium-auf-Isolator-Substrate (SOI-Substrate) vorgestellt. Als Grundlage werden SOI-Substrate verwendet, die mittels der SIMOX-Technologie (Separation by Implementation of Oxygen) hergestellt werden. Die Mehrzahl der Verfahren läßt sich aber auch auf andere SOI-Substrate anwenden. Anwendungsgebiete für solche Substrate liegen im Bereich der Smart-Power-Bauelemente und in der Herstellung bestimmter Sensoren.
Bei der SIMOX-Technologie werden zunächst hochenergetische Sauerstoffionen mit hoher Dosis in Siliziumwafer implantiert. Hierdurch entsteht eine vergrabene Oxidschicht mit einem darüber liegenden Siliziumfilm. Anschließend werden diese Wafer bei hohen Temperaturen ausgeheilt, um die Dichte der Implantationsdefekte im Siliziumfilm zu reduzieren und die Eigenschaften des vergrabenen Oxids zu verbessern.
Zu Beginn der Arbeit werden zunächst unterschiedliche Fertigungsverfahren für ganzflächige SOI-Substrate dahingehend untersucht, ob sie sich zur Herstellung lokaler SOI-Substrate eignen. Die zu erwartenden Eigenschaften werden mit den Eigenschaften eines idealen lokalen SOI-Substrats und mit Anforderungen der National Semiconductor Roadmap verglichen. Es stellt sich heraus, daß insbesondere SIMOX-Substrate und bestimmte Formen gebondeter SOI-Wafer geeignete Kandidaten sind.
Diesem Kapitel folgt eine ausführliche Darstellung der im Rahmen dieser Dissertation untersuchten Strukturierungsverfahren für SOI-Substrate. Dabei handelt es sich im einzelnen um die trockenchemische Strukturierung mittels Plasmaätzen, eine rein naßchemische Variante, die Strukturierung mittels eines LOCOS-Prozesses und schließlich die Strukturierung durch lokale Sauerstoffimplantation.
Anschließend werden die strukturellen und elektrischen Charakterisierungsmethoden erläutert, mit deren Hilfe die hergestellten Substrate bzw. die auf ihnen integrierten Bauelemente untersucht werden. Einen Schwerpunkt dieser Kapitel bildet der sog. Oberflächenladungspumpeffekt, mit dessen Hilfe sich die Grenzflächeneigenschaften dünner Oxide auf SOI-Wafern bestimmen lassen. Außerdem wird der Herstellungsprozeß vorgestellt, mit dem die CMOS-Bauelemente in die lokalen SOI-Substrate integriert wurden. In den beiden Hauptkapiteln der Dissertation werden die erzielten Eigenschaften der lokalen SOI-Substrate in Abhängigkeit von den Herstellungsverfahren und bestimmter Prozeßparameter dargestellt. Wichtige strukturelle Eigenschaften sind die Ober- und Grenzflächenmorphologie, Art und Dichte der Kristalldefekte und die Höhe der Topographiestufe bzw. die Struktur des Übergangsbereichs zwischen SOI- und Bulk-Gebieten. Als relevante elektrische Eigenschaften von MOS-Bauelementen und Substraten wurden die resultierende Kanallänge von MOS-Transistoren, die Substratdotierung, die Flachband- und Schwellenspannung, Grenzflächeneigenschaften von Oxiden, Leckströme von pn-Übergängen und Ladungsträgerbeweglichkeiten im Kanal von MOS-Transistoren untersucht.
Keines der Herstellungsverfahren zeigt in jedem Punkt der untersuchten Eigenschaften das beste Ergebnis. Die Resultate dieser Dissertation ermöglichen es aber, für bestimmte Anforderungen ein bestimmtes Herstellungsverfahren zu wählen. Für die für das Fraunhofer Institut (IMS) interessanten Anwendungsgebiete stellte sich die Strukturierung durch Plasmaätzen als geeignetste Variante heraus.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-1905.html