У процесі виробництва чіпів часто можна почути термін «SOI». Виробництво мікросхем також зазвичай використовує підкладки SOI для виготовлення інтегральних схем. Унікальна структура підкладок SOI може значно покращити продуктивність чіпів, тож що таке SOI? Які його переваги? У яких галузях він використовується? Як це виготовляється?
Що таке підкладка SOI?
SOI - це абревіатура Silicon-On-Insulator. Це буквально означає кремній на ізоляційному шарі. Фактична структура полягає в тому, що на кремнієвій пластині є надтонкий ізоляційний шар, наприклад SiO2. На ізоляційному шарі є ще один тонкий кремнієвий шар. Ця структура відокремлює активний кремнієвий шар від кремнієвого шару підкладки. У традиційному кремнієвому процесі чіп формується безпосередньо на кремнієвій підкладці без використання шару ізолятора.
Які переваги підкладки SOI?
Низький струм витоку підкладки
Завдяки наявності ізоляційного шару з оксиду кремнію (SiO2) він ефективно ізолює транзистор від кремнієвої підкладки, що лежить під ним. Ця ізоляція зменшує небажаний струм від активного шару до підкладки. Струм витоку зростає з температурою, тому надійність мікросхеми можна значно підвищити в умовах високої температури.
Зменшити паразитну ємність
У структурі КНІ паразитна ємність значно зменшена. Паразитні ємності часто обмежують швидкість і збільшують споживання енергії, тому вони додають додаткову затримку під час передачі сигналу та споживають додаткову енергію. Зменшуючи ці паразитні ємності, вони широко застосовуються у високошвидкісних чи малопотужних мікросхемах. У порівнянні зі звичайними чіпами, виготовленими за технологією CMOS, швидкість чіпів SOI можна збільшити на 15%, а споживання електроенергії можна зменшити на 20%.
Шумоізоляція
У додатках зі змішаним сигналом шум, створюваний цифровими схемами, може заважати аналоговим або радіочастотним схемам, тим самим погіршуючи продуктивність системи. Оскільки структура SOI відокремлює шар активного кремнію від підкладки, вона фактично досягає свого роду внутрішньої шумоізоляції. Це означає, що шуму, створюваному цифровими схемами, важче поширюватися через підкладку до чутливих аналогових схем.
Як виготовити підкладку SOI?
Зазвичай існує три методи: SIMOX, BESOI, метод росту кристалів тощо. Через обмежений простір тут ми представляємо більш поширену технологію SIMOX.
SIMOX, повна назва Separation by IMplantation of OXygen, полягає у використанні імплантації іонів кисню та подальшого високотемпературного відпалу для формування товстого шару діоксиду кремнію (SiO2) у кристалі кремнію, який служить ізолятором структури КНІ.
Високоенергетичні іони кисню імплантуються на певну глибину кремнієвої підкладки. Контролюючи енергію та дозування іонів кисню, можна визначити глибину та товщину майбутнього шару діоксиду кремнію. Кремнієва пластина, імплантована іонами кисню, проходить процес високотемпературного відпалу, зазвичай від 1100 до 1300 градусів. При цій високій температурі імплантовані іони кисню реагують із кремнієм, утворюючи суцільний шар діоксиду кремнію. Цей ізоляційний шар похований під кремнієвою підкладкою, утворюючи структуру КНІ. Поверхневий кремнієвий шар стає функціональним шаром для виготовлення мікросхеми, тоді як нижній шар діоксиду кремнію діє як ізолятор, ізолюючи функціональний шар від кремнієвої підкладки.
У яких мікросхемах використовуються підкладки КНІ?
Їх можна використовувати в пристроях CMOS, радіочастотних пристроях і кремнієвих фотонних пристроях.
Яка загальна товщина кожного шару підкладок SOI?
Товщина шару кремнієвої підкладки: 100 мкм / 300 мкм / 400 мкм / 500 мкм / 625 мкм ~ і більше
Товщина SiO2: від 100 нм до 10 мкм
Активний шар кремнію: більше або дорівнює 20 нм
