什么是SOI襯底？SOI襯底的優(yōu)勢是什么？

在芯片制程中，經(jīng)常會聽到“SOI”這個名詞。而芯片制造上也通常使用SOI襯底制造集成電路。SOI襯底的獨特結(jié)構(gòu)可以大大提高芯片的性能，那么SOI到底是什么？有哪些優(yōu)點？應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？如何制造？

什么是SOI襯底？ SOI是Silicon-On-Insulator的縮寫。直譯為在絕緣層上的硅。實際的結(jié)構(gòu)是，硅片上有一層超薄的絕緣層，如SiO2。在絕緣層上又有一層薄薄的硅層，這種結(jié)構(gòu)將有源硅層與襯底的硅層分開。而在傳統(tǒng)的硅制程中，芯片直接在硅襯底上形成，沒有使用絕緣體層。

SOI襯底的優(yōu)勢？

低基板漏電流

由于存在一個氧化硅（SiO2）的絕緣層，它有效地隔離了晶體管和底部的硅襯底。這種隔離減少了從有源層到基板的不希望的電流。漏電流會隨著溫度的升高而增加，因此在高溫環(huán)境中可以顯著提高芯片的可靠性。

減少寄生電容

在SOI結(jié)構(gòu)中，寄生電容得到了顯著減小。寄生電容通常會限制速度和增大功耗，因此它們在信號傳輸過程中增加了額外的延遲，并消耗了額外的能量。通過減少這些寄生電容，在高速或低功耗芯片中應(yīng)用很普遍。與CMOS制程的普通的芯片相比，SOI 芯片的速度可提高 15%，功耗可降低 20%。

噪聲隔離

在混合信號應(yīng)用中，數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲可能會干擾模擬或射頻電路，從而降低系統(tǒng)性能。由于SOI結(jié)構(gòu)將有源硅層與基板隔開，它實際上實現(xiàn)了一種內(nèi)在的噪聲隔離。這意味著數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲較難通過襯底傳播到敏感的模擬電路。 SOI襯底怎么制造？ 一般有三種方法：SIMOX，BESOI，晶體生長法等。由于篇幅有限，這里介紹一下比較普遍的SIMOX技術(shù)。

SIMOX，全名Separation by IMplantation of OXygen，即利用氧離子的注入和后續(xù)的高溫退火來在硅晶體中形成一個厚的二氧化硅（SiO2）層，這個層作為SOI結(jié)構(gòu)的絕緣體層。

? 高能氧離子被注入到硅襯底中的一個特定深度。通過控制氧離子的能量和劑量，能夠確定將來的二氧化硅層的深度和厚度。注入氧離子的硅片經(jīng)歷一個高溫退火過程，通常在1100°C到1300°C之間。在這個高溫下，注入的氧離子與硅反應(yīng)，形成一個連續(xù)的二氧化硅層。這個絕緣層被埋在硅襯底下面，形成了一個SOI結(jié)構(gòu)。表面的硅層成為制造芯片的功能層，而下面的二氧化硅層作為絕緣體層，將功能層與硅襯底隔離。 SOI襯底用在哪些芯片中？ 可用在 CMOS 器件，射頻器件，硅光子器件中。

SOI襯底各層的常見厚度？

硅基板層厚度：100μm / 300μm / 400μm / 500μm / 625μm ~及以上。 SiO2厚度：100 nm 至 10μm。 有源硅層：≥20nm。

編輯：黃飛