[实用新型]一种高耐压高散热性能的SOI结构

说明书

本实用新型公开了一种高耐压高散热性能的SOI结构。包括由上至下依次排列的顶层硅、复合绝缘层和背衬底，复合绝缘层主要由二氧化硅层、氮化硼层、氧化铪层和位于两侧的氟氧化硅层复合结构组成，顶层硅主要由第一硅片层组成，背衬底主要由硅层和第二硅片层组成；二氧化硅层上面布置为第一硅片层，二氧化硅层下表面中央为氮化硼层，氮化硼层下面布置为氧化铪层，氧化铪层下面布置为硅层，氮化硼层和氧化铪层两侧的二氧化硅层和硅层之间均布置有氟氧化硅层。本实用新型结构能帮助提高了器件的耐压性能，提高SOI的散热性能，同时提高SOI的绝缘性能。

技术领域

本实用新型涉及半导体SOI技术领域，具体涉及一种高耐压高散热性能的SOI结构。

背景技术

SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层绝缘层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势，因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术，进入实际应用阶段。具有SOI结构的功率器件具有更高的工作速度和更好的绝缘性能。但是由于低热传导率的二氧化硅绝缘层所造成的自加热效应导致器件的沟道电流下降和负差分电阻的形成等，导致SOI技术的应用受到一定的限制。此外，SOI结构的功率器件纵向击穿电压较低，因此提高SOI结构器件的纵向耐压性能和整体的散热性能是目前研究的关键课题。

实用新型内容

为了解决背景技术中的问题，本实用新型提供了一种新型SOI结构，有效抑制自加热效应和提高纵向击穿电压，提高器件散热性能和耐压性能。

由于SOI结构就是在体硅工艺基础上多出一个绝缘层，使得从衬底部分散出的热量大大减少。本发明在这基础上加入低相对介电常数的氟氧化硅提高纵向击穿电压，可以提高器件的耐压性能。本实用新型将改变绝缘层的传统结构和材料，采用特殊的复合结构，在不影响薄膜性能的前提下，提高SOI结构的散热性能和耐压性能。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型包括由上至下依次排列的顶层硅、复合绝缘层和背衬底，其特征在于：所述复合绝缘层主要由二氧化硅层、氮化硼层、氧化铪层和位于两侧的氟氧化硅层复合结构组成，所述顶层硅主要由第一硅片层组成，所述背衬底主要由硅层和第二硅片层组成；二氧化硅层上面布置为第一硅片层，二氧化硅层下表面中央为氮化硼层，氮化硼层下面布置为氧化铪层，氧化铪层下面布置为硅层，氮化硼层和氧化铪层两侧的二氧化硅层和硅层之间均布置有氟氧化硅层。

所述的氮化硼层位于氧化铪层上面的中央。

所述二氧化硅层的厚度为10nm。这种厚度的情况下，即使二氧化硅的热导率很低也不会对散热性能造成影响。二氧化硅层主要起到改善复合绝缘层与顶层硅之间的界面结合性能的作用。

所述氮化硼层的厚度为300nm，具有较高的绝缘性能和非常高的热传导系数。由于氮化硼具有良好的绝缘性能和很高的热传导率，使得绝缘层的热阻大大降低，有利于散热。

所述氧化铪层的厚度为300nm，具有非常高的绝缘性能，保证了绝缘层良好的绝缘性能。

所述背衬底主要由硅层与第二硅片层组成。

所述氮化硼层采用氮化硼或其他具有与氮化硼相近的介电常数和高导热率的材料。本实用新型中使用的氮化硼薄膜相对介电常数为4，导热系数约为360W/(mK)。

所述氧化铪层采用氧化铪或其他相对介电常数大于10的材料。