半导体芯片制程中SOI衬底的详解_衬底_芯片

什么是SOI衬底？

SOI是Silicon-On-Insulator的缩写。
直译为在绝缘层上的硅。
实际的构造是，硅片上有一层超薄的绝缘层，如SiO2。
在绝缘层上又有一层薄薄的硅层，这种构造将有源硅层与衬底的硅层分开。
而在传统的硅制程中，芯片直接在硅衬底上形成，没有利用绝缘体层。

SOI衬底的上风？

由于存在一个氧化硅（SiO2）的绝缘层，它有效地隔离了晶体管和底部的硅衬底。
这种隔离减少了从有源层到基板的不肯望的电流。
泄电流会随着温度的升高而增加，因此在高温环境中可以显著提高芯片的可靠性。

在SOI构造中，寄生电容得到了显著减小。
寄生电容常日会限定速率和增大功耗，因此它们在旗子暗记传输过程中增加了额外的延迟，并花费了额外的能量。
通过减少这些寄生电容，在高速或低功耗芯片中运用很普遍。
与CMOS制程的普通的芯片比较，SOI 芯片的速率可提高 15%，功耗可降落 20%。

噪声隔离

在稠浊旗子暗记运用中，数字电路产生的噪声可能会滋扰仿照或射频电路，从而降落系统性能。
由于SOI构造将有源硅层与基板隔开，它实际上实现了一种内在的噪声隔离。
这意味着数字电路产生的噪声较难通过衬底传播到敏感的仿照电路。

SOI衬底怎么制造？

一样平常有三种方法：SIMOX，BESOI，晶体成长法等。
由于篇幅有限，这里先容一下比较普遍的SIMOX技能。

SIMOX，全名Separation by IMplantation of OXygen，即利用氧离子的注入和后续的高温退火来在硅晶体中形成一个厚的二氧化硅（SiO2）层，这个层作为SOI构造的绝缘体层。

高能氧离子被注入到硅衬底中的一个特定深度。
通过掌握氧离子的能量和剂量，能够确定将来的二氧化硅层的深度和厚度。
注入氧离子的硅片经历一个高温退火过程，常日在1100°C到1300°C之间。
在这个高温下，注入的氧离子与硅反应，形成一个连续的二氧化硅层。
这个绝缘层被埋在硅衬底下面，形成了一个SOI构造。
表面的硅层成为制造芯片的功能层，而下面的二氧化硅层作为绝缘体层，将功能层与硅衬底隔离。

SOI衬底用在哪些芯片中？

可用在 CMOS 器件，射频器件，硅光子器件中。

SOI衬底各层的常见厚度？

硅基板层厚度：100μm / 300μm / 400μm / 500μm / 625μm ~ 及以上

SiO2厚度：100 nm 至 10μm

有源硅层：≥20nm