收稿日期:2002-04-08基金项目:国家自然科学基金资助项目(69976034,90101012;国家重点基础研究专项经费资助项目(G20000365作者简介:门传玲(1970-,女,安徽长丰人,博士生.E-mail:clmen@mail.sim.ac新型氮化铝埋层上硅结构的应力特性门传玲1,2,徐政1,安正华2,林成鲁2(1.同济大学材料科学与工程学院,上海200092;2.中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室,上海200050摘要:为减轻传统SOI(silicon2on2insulator材料的自加热效应,首次利用智能剥离技术(smart2cutprocess成功制备了SOAN(silicon2on2aluminum2nitride结构,即以氮化铝(AlN薄膜为埋层的SOI结构.采用离子束增强技术(IBED在10.16cm(4in硅片上合成了AIN薄膜.剖面透射电镜照片证实了此SOAN结构.高分辨的X射线衍射技术被用来研究此结构的剩余晶格应力,实验结果表明刚得到的SOAN结构在1100℃下退火1h后顶层硅中的剩余晶格应力从张应力变成压应力.关键词:氮化铝薄膜;应力;高分辨X射线衍射:TN304.9文献标识码:A:0253-374X(200303-0361-04ResidualStrainofSilicon2on2AlNNovelStructureMENChuan-ling1,2,XUZheng1,ANZheng-hua2,LINCheng-lu2(1.CollegeofMaterialScienceandEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.StateKeyLaboratoryofFunctionalMaterialsforInformatics,ShanghaiInstituteofMicrosystemandInformationTechnology,theChineseAcademyofSciences,Shanghai200050,ChinaAbstract:Self2heatingeffectsinsilicon2on2insulator(SOIdeviceslimittheapplicabilityofSOImaterialsinelectronicsincaseswherehighpowerconsumptionisexpected.AlNbecomesapromisingalternativetoSiO2layerintraditionalSOImaterials.Forthefirsttime,anovelsilicon2on2aluminum2nitride(SOANstructurehasbeenfabricatedbythesmart2cutprocesstoalleviatetheself2heatingeffects.TheAlNfilmsweresynthe2sizedon10.16cm(4inSi(100substratebyion2beam2enhanceddeposition(IBEDtechnique,followedbythesmart2cutprocess.Cross2sectionaltransmissionelectronmicroscope(XTEMmicrographconfirmsthefor2mationoftheSOANstructure.high2resolutionX2raydiffraction(HRXRDwasemployedtostudytheresidu2alstrainintheformedSOANstructureindicatingthattheresiduallatticestraininthetopsiliconlayervariedfromtensiletolittlecompressiveafteras2receivedSOIsamplesannealedat1100foranhour.℃Keywords:AINfilms;strain;high2resolutionX2raydiffraction埋层二氧化硅(SiO2被广泛应用于SOI(silicon2on2insulator材料,从而使得SOI材料与体硅相比具有许多优势:由于容易达到器件隔离从而简化了器件制造过程;降低寄生电容提高了器件运行速度,减少了功率消耗.此外,增强了器件抗辐射能力.但是SiO2过低的热导率导致自加热效应的出现,限制了SOI材料在高温、大功率集成电路中的应用.为减少自加热效应,人们进行了各种尝试[1,2].氮化铝(AlN材料具有热导率高、电阻率大、击穿场强高、化学和热稳定性能好、热膨胀系数与Si相近等优异性能,是一种更优异的介电和绝缘材料,可用于电子器件和集成电路的封装、介质隔离和绝缘,尤其适于高温高功率器件,因第31卷第3期2003年3月同济大学学报JOURNALOFTONGJIUNIVERSITYVol.31No.3Mar.2003而受到广泛关注[3].特别是AlN的热导率几乎是SiO2的200多倍(3.2W・cm-1・K-1∶0.014W・cm-1・K-1[4],所以用AlN取代SiO2用作SOI的绝缘埋层可以显著提高SOI技术在高温、大功耗电路及空间抗辐射方面的应用.本文利用离子束增强技术在Si(100衬底上生长AlN薄膜,然后在室温下采用智能剥离过程与注氢硅晶片键合,得到新型氮化铝埋层上硅(silicon2on2aluminum2nitride即SOAN结构.利用剖面透射电镜(cross2sectionaltransmissionelectronmicroscope,XTEM及高分辨X射线衍射技术(high2resolu2tionX2raydiffraction,HRXRD对SOAN结构进行了研究.图1利用智能剥离技术制备SOAN材料工艺过程Fig.1ProcessoffabricatingSOANstructurewithAlNburiedlayerbythesmart2cutmethod1实验采用离子束增强沉积方法在10.16cm(4inN型Si(100衬底...