Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.04a
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pp.921-926
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1997
SOI(Silicon On lnsulator) technology is many advantages in the gabrication of MOS(Metal-Oxide Semiconductor) and CMOS(Complementary MOS) structures. These include high speed, lower dynamic power consumption,greater packing density, increased radiation tolearence et al. In smiple form of bonded SOL wafer manufacturing, creation of a bonded SOI structure involves oxidizing at least one of the mirror polished silicon surfaces, cleaning the oxidized surface and the surface of the layer to which it will be bonded,bringing the two cleanded surfaces together in close physical proximity, allowing the subsequent room temperature bonding to proceed to completion, and than following this room temperature joining with some form of heat treatment step,and device wafer is thinned to the target thickness. This paper has been performed to investigate the possibility of the bonded SOI wafer manufacturing Especially, we focused on the bonding quality and thinning method. Finally,we achieved the bonded SOI wafer that Si layer thickness is below 3 .mu. m and average roughness is below 5.angs.
The ever increasing popularity and acceptance in the market place of portable systems, such as cell phones, PDA, notebook PC, etc., are fueling effects in further miniaturizing and lowering power consumption in these systems. The dynamic power consumption due to the CPU activities and the static power consumption due to leakage currents are two major sources of power consumption. Smaller devices and a lower de voltage lead to reducing the power requirement, while better insulation and isolation of devices lead to reducing leakage currents. All these can be harnessed in the SOI (silicon-on-insulator) technology. In this study, the key aspects of the SOI technology, mainly device electrical properties and device processing steps, are briefly reviewed. The interesting materials issues, such as SOI structure formation and SOI wafer fabrication methods, are then surveyed. In particular, the recent technological innovations in two major SOI wafer fabrication methods, namely wafer bonding and SIMOX, are explored and compared in depth. The results of the study are nixed in that, although the quality of the SOI structures has shown great improvements, the processing steps are still found to be too complex. Between the two methods, no clear winner has yet emerged in terms of the product quality and cost considerations.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.18
no.12
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pp.1075-1079
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2005
The Pseudo MOSFET measurements technique has been used for the electrical characterization of the nano SOI wafer. Silicon islands for the Pseudo MOSFET measurements were fabricated by selective etching of surface silicon film with dry or wet etching to examine the effects of the etching process on the device properties. The characteristics of the Pseudo MOSFET were not changed greatly in the case of thick SOI film which was 205 nm. However the characteristics of the device were dependent on etching process in the case of less than 100 nm thick SOI film. The sub 100 nm SOI was obtained by thinning the silicon film of standard thick SOI wafer. The thickness of SOI film was varied from 88 nm to 44 nm by chemical etching. The etching process effects on the properties of pseudo MOSFET characteristics, such as mobility, turn-on voltage, and drain current transient. The etching Process dependency is greater in the thinner SOI wafer.
We have fabricated SOI CMOS active pixel image sensor with the pinned photodiode on handle wafer in order to reduce dark currents and improve spectral response. The structure of the active pixel image sensor is 4 transistors APS which consists of a reset and source follower transistor on seed wafer, and is comprised of the photodiode, transfer gate, and floating diffusion on handle wafer. The source of dark current caused by the interface traps located on the surface of a photodiode is able to be eliminated, as we apply the pinned photodiode. The source of dark currents between shallow trench isolation and the depletion region of a photodiode can be also eliminated by the planner process of the hybrid bulk/SOI structure. The photodiode could be optimized for better spectral response because the process of a photodiode on handle wafer is independent of that of transistors on seed wafer. The dark current was about 6 pA at 3.3 V of floating diffusion voltage in the case of transfer gate TX = 0 V and TX=3.3 V, respectively. The spectral response of the pinned photodiode was observed flat in the wavelength range from green to red.
The silicon-on-insulator (SOI) wafer fabrication technique has been developed by using ion-cut process, based on proton implantation and wafer bonding techniques. It has been shown by SRIM simulation that 65keV proton implantation is required for a SOI wafer (200nm SOI, 400nm BOX) fabrication. In order to investigate the optimum proton dose and primary annealing condition for wafer splitting, the surface morphologic change has been observed such as blistering and flaking. As a result, effective dose is found to be in the $6\~9\times10^{16}\;H^+/cm^2$ range, and the annealing at $550^{\circ}C$ for 30 minutes is expected to be optimum for wafer splitting. Direct wafer bonding is performed by joining two wafers together after creating hydrophilic surfaces by a modified RCA cleaning, and IR inspection is followed to ensure a void free bonding. The wafer splitting was accomplished by annealing at the predetermined optimum condition, and high temperature annealing was then performed at $1,100^{\circ}C$ for 60 minutes to stabilize the bonding interface. TEM observation revealed no detectable defect at the SOI structure, and the interface trap charge density at the upper interface of the BOX was measured to be low enough to keep 'thermal' quality.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2001.07a
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pp.874-877
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2001
SOI(Silicon-On-Insulator) technology is proposed as an alternative to bulk silicon for MEMS(Micro Electro Mechanical System) manufacturing. In this paper, we fabricated the SOI wafer with uniform active layer thickness by silicon direct bonding and mechanical polishing processes. Specially-designed electrostatic bonding system is introduced which is available for vacuum packaging and silicon-glass wafer bonding for SOG(Silicon On Glass) wafer. We demonstrated thermopile sensor and RF resonator using the SOI wafer, which has the merits of simple process and uniform membrane fabrication.
SOI(silicon on insulafor) was fabricated through the direct bonding using (100) Si wafer and 4$^{\circ}$off (100) Si wafer to investigate the stacking faults in silicon at the Si/SiO2 oxidized and bonded interface. The treatment time of wafer surface using MSC-1 solution was varied in order to observe the effect of cleaning on bonding characteristics. As the MSC-1 treating time increased surface hydrophilicity was saturated and surface microroughness increased. A comparison of surface hydrophilicity and microroughness with MSC-1 treating time indicates that optimum surface modified condition for time was immersed in MSC-1 for 2 min. The SOI structure directly bonded using (100) Si wafer and 4$^{\circ}$off (100) Si wafer at the room temperature were annealed at 110$0^{\circ}C$ for 30 min. Then the stacking faults at the bonding and oxidation interface were examined after the debonding. The results show that there were anomalies in the gettering of the stacking faults at the bonded region.
The SOI wafer fabrication technique has been developed by using ion-cut process, based on proton implantation and wafer bonding techniques. It has been shown by TRIM simulation that 65 keV proton implantation is required for the standard SOI wafer (200 nm SOI, 400 nm BOX) fabrication. In order to investigate the optimum proton dose and primary annealing condition for wafer splitting, the surface morphologic change has been observed such as blistering and flaking. As a result, effective dose is found to be in the 6∼$9\times10^{16}$$H^{+}/\textrm{cm}^2$ range, and the annealing at $550^{\circ}C$ for 30 minutes is expected to be optimum for wafer splitting. The depth distribution of implanted hydrogen has been experimentally confirmed by ERD and SIMS measurements. The microstructure evolution in the damaged layer was also studied by X-TEM analysis.
This paper has been described a process technology for the fabrication of Si-on-insulator(SOI) transducers and circuits. The technology utilizes Si-wafer direct bonding(SDB) and mechanical-chemical(M-C) local polishing to create a SOI structure with a high-qualify, uniformly thin layer of single-crystal Si. The electrical and piezoresistive properties of the resultant thin SOI films have been investigated by SOI MOSFET's and cantilever beams, and confirmed comparable to those of bulk Si. Two kinds of pressure transducers using a SOI structure have been proposed. The shifts in sensitivity and offset voltage of the implemented pressure transducers using interfacial $SiO_{2}$ films as the dielectrical isolation layer of piezoresistors were less than -0.2% and +0.15%, respectively, in the temperature range from $-20^{\circ}C$ to $+350^{\circ}C$. In the case of pressure transducers using interfacial $SiO_{2}$ films as an etch-stop layer during the fabrication of thin Si membranes, the pressure sensitivity variation can be controlled to within a standard deviation of ${\pm}2.3%$ from wafer to wafer. From these results, the developed SDB process and the resultant SOI films will offer significant advantages in the fabrication of integrated microtransducers and circuits.
The progress of microelectronics technology has been requiring agressive developments of device technologies. Also the requirements of the next generation devices is heading to the limits of their functions and materials, and hence asking the very specific silicon wafer such as SOI(Silicon On Insulator) wafer. The talk covers the dome stic and world-wide status of SOI device developments and applications. The presentation will also touch some predictions such as SOI device prgress schedules, impacts on the normal wafer developments, market sizes, SOI wafer prices, and so on. Finally it will cover technical aspects which are silicon oxide conditions for bonding, point defects and, surface contaminations. These points will be hopefully overcome by involved people in microelectronics industry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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