智能剥离技术（Smart-cut）

Smart-cut技术是一种注入氢离子然后进行剥离的技术，即在键合的一片晶片上注入氢离子，然后和另一硅片在一定温度下键合。键合热处理温度在大约500℃时，氢离子注入处会形成连续的空腔，从而自动剥离形成SOI结构。键合SOI最大缺点是难以获得较薄（< 100 nm）的硅膜, 这就限制了其在高速ULSI、低压、低功耗方面的应用。为了解决这一问题，M. Bruel等提出的利用键合技术的智能剥离技术（Smart-cut）获得超薄的硅层^[31],由于该项技术在超薄硅层制备方面的优势，得到了迅速的发展^[32]。法国的SOITEC公司已利用这项技术批量生产出高质量的Unibond SOI片。智能剥离技术的工艺过程(如图1.15 所示)主要包括以下4个步骤:

（a） 支撑硅片氧化和器件硅片H⁺离子注入

（b） 硅片预键合

（c）热处理使硅层分离

（d） 抛光

图1.15 智能剥离技术工艺流程图

(1) H⁺离子注入，室温下, 以一定能量向硅片A注入一定量的H⁺离子, 在硅表面层下形成一层富含H⁺离子的硅层；另外，把支撑硅片热氧化，在硅片表面生成一层氧化层，如图1.15(a)所示。

(2)预键合，将硅片A与另一硅片B进行严格的清洗和活化处理后,在室温下把两个抛光面贴合在一起使两个硅片键合在一起，如图1.15(b)所示。硅片A与B之间至少有一片的键合表面用热氧化法生长SiO₂层,用以充当SOI结构中的隐埋绝缘层。

(3)热处理。基本上分两步：第一步，键合硅片注入的高浓度H⁺离子层在高温下会成核并形成气泡, 气泡的急剧膨胀把硅片在富含高浓度H⁺离子层的地方分开，也就是发生剥离, 剥离掉的硅层留待后用,余下的硅层作为SOI结构中的顶部硅层，如图1.15(c)所示；第二步，高温热处理, 提高键合界面的结合强度并消除SOI层中的离子注入损伤。

(4)化学机械抛光，降低表面粗糙度，如图1.15(d)所示。断裂面需经过轻度抛光，即可达到体硅的光洁度，可以制备出 200±4 nm的4英寸的SOI材料。

SOI片顶层硅膜的厚度与H⁺注入能量有关，H⁺注入能量越大，H⁺注入峰越深，顶层硅膜的厚度就越厚，表1.1给出了器件层厚度与H⁺注入能量的关系。

表1.1 器件层厚度与H⁺注入能量的关系