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。
技术实现要素：
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。
所述氟氧化硅层位于氮化硼层和氧化铪层的两侧，厚度为600nm。氟氧化硅层的相对介电常数为2.7左右，临界击穿电场为9.5mv/cm，大大提高了soi结构的纵向击穿电压，增强了soi结构器件的耐压性能。这样，本发明所述的新型soi结构，其复合绝缘层的两侧，分别有一个由氟氧化硅构成的区域，其具有较低的相对介电常数，可利用其界面处的附加场调制顶层硅电场，使器件的耐压性能提高。
本实用新型结构设计有氟氧化硅层，利用低介电常数的氟氧化硅界面处的附加场调制顶层硅电场，使器件的耐压性能提高；同时复合绝缘层中的氮化硼层相比于传统的二氧化硅绝缘层具有非常高的导热系数，提高了soi的散热性能，同时高介电常数的氧化铪层提高了soi的绝缘性能。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型的绝缘层采用二氧化硅、氮化硼、氧化铪和氟氧化硅复合结构代替传统的二氧化硅绝缘层，有效抑制了自加热效应，并且提高了soi结构器件的耐压性能。
本实用新型在不影响其他性能的条件下改善了传统soi结构的耐压性能和散热性能，使本实用新型可以提高功率器件的性能，能提高soi整体的散热性能、绝缘性能和耐压性能，有利于soi结构应用的进一步推广。
附图说明
图1为本实用新型soi结构的截面图。
图中：第一硅片层(1)、二氧化硅层(2)、氮化硼层(3)、氧化铪层(4)、硅层(5)、第二硅片层(6)和氟氧化硅层(7)。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。
实施例一
如图1所示，本实用新型包括由上至下依次排列的顶层硅、复合绝缘层、背衬底，复合绝缘层主要由二氧化硅层2、氮化硼层3氧化铪层4和氟氧化硅层7复合结构组成，顶层硅包括第一硅片层1，背衬底主要由硅层5和第二硅片层6组成，二氧化硅层2上表面为第一硅片层1，下表面为氮化硼层3，氮化硼层3下表面为氧化铪层4，氧化铪层4下表面为硅层5，氟氧化硅层7位于氮化硼层3和氧化铪层4两端。
如图1所示，第一硅片层为标准4寸硅片，其厚度为0.52mm；二氧化硅层2的厚度为10nm；氮化硼层3的厚度为300nm；氧化铪层4其厚度为300nm；硅层5厚度为100nm；第二硅片层6为标准四寸硅片，其厚度为0.52mm；位于氮化硼层3和氧化铪层4两端的氟氧化硅层7，其厚度为600nm。
实施例二
如图1所示，本实用新型包括由上至下依次排列的顶层硅、复合绝缘层、背衬底，复合绝缘层主要由二氧化硅层2、氮化硼层3氧化铪层4和氟氧化硅层7复合结构组成，顶层硅包括第一硅片层1，背衬底主要由硅层5和第二硅片层6组成，二氧化硅层2上表面为第一硅片层1，下表面为氮化硼层3，氮化硼层3下表面为氧化铪层4，氧化铪层4下表面为硅层5，氟氧化硅层7位于氮化硼层3和氧化铪层4两端。
如图1所示，第一硅片层为标准4寸硅片，其厚度为0.52mm；二氧化硅层2的厚度为10nm；区别于实施例一，氮化硼层3的厚度为500nm；区别于实施例一，氧化铪层4其厚度为100nm；硅层5厚度为100nm；第二硅片层6为标准四寸硅片，其厚度为0.52mm；位于氮化硼层3和氧化铪层4两端的氟氧化硅层7，其厚度为600nm。
传统的soi基底绝缘层采用二氧化硅材料，二氧化硅为热的不良导体，导热系数约为1.39w/(mk)，因此传统soi的散热性能很差。并且传统soi结构中，纵向的击穿电压较低，整体耐压性能不佳。
本实用新型采用的复合绝缘层中氮化硼绝缘层导热系数为360w/(mk)，约为二氧化硅的260倍，大大提高了soi基底的散热能力，位于氮化硼层和氧化铪层两端的氟氧化硅具有较低的相对介电常数，通过界面处的附加场调制顶层硅电场，使soi结构的器件耐压性能提高。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
1.一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，其特征在于：所述复合绝缘层主要由二氧化硅层(2)、氮化硼层(3)、氧化铪层(4)和位于两侧的氟氧化硅层(7)复合结构组成，所述顶层硅主要由第一硅片层(1)组成，所述背衬底主要由硅层(5)和第二硅片层(6)组成；二氧化硅层(2)上面布置为第一硅片层(1)，二氧化硅层(2)下表面中央为氮化硼层(3)，氮化硼层(3)下面布置为氧化铪层(4)，氧化铪层(4)下面布置为硅层(5)，氮化硼层(3)和氧化铪层(4)两侧的二氧化硅层(2)和硅层(5)之间均布置有氟氧化硅层(7)。
2.根据权利要求1所述的一种高耐压高散热性能的soi结构，其特征在于：
所述的氮化硼层(3)位于氧化铪层(4)上面的中央。
3.根据权利要求1所述的一种高耐压高散热性能的soi结构，其特征在于：
所述二氧化硅层(2)的厚度为10nm。
4.根据权利要求1所述的一种高耐压高散热性能的soi结构，其特征在于：
所述氮化硼层(3)的厚度为300nm。
5.根据权利要求1所述的一种高耐压高散热性能的soi结构，其特征在于：
所述氧化铪层(4)的厚度为300nm。
6.根据权利要求1所述的一种高耐压高散热性能的soi结构，其特征在于：
所述背衬底主要由硅层(5)与第二硅片层(6)组成。
7.根据权利要求1所述的一种高耐压高散热性能的soi结构，其特征在于：
所述氮化硼层(3)采用氮化硼材料。
8.根据权利要求1所述的一种高耐压高散热性能的soi结构，其特征在于：
所述氧化铪层(4)采用氧化铪材料。
9.根据权利要求1所述的一种高耐压高散热性能的soi结构，其特征在于：
所述氟氧化硅层(7)位于氮化硼层(3)和氧化铪层(4)的两侧，厚度为600nm。
技术总结