Кремниевые пластины на диэлектрической подложке (SOI).Это специализированный полупроводниковый материал, представляющий собой сверхтонкий кремниевый слой, сформированный поверх изолирующего оксидного слоя. Эта уникальная сэндвич-структура обеспечивает значительное повышение производительности полупроводниковых устройств.
Структурный состав:
Слой устройства (верхний слой кремния):
Толщина этого слоя варьируется от нескольких нанометров до микрометров, и он служит активным слоем для изготовления транзисторов.
Скрытый оксидный слой (КОРОБКА):
Изолирующий слой из диоксида кремния (толщиной 0,05–15 мкм), который обеспечивает электрическую изоляцию слоя устройства от подложки.
Базовый субстрат:
Объемный кремний (толщиной 100-500 мкм) обеспечивает механическую поддержку.
В зависимости от технологии изготовления, основные технологические маршруты получения кремниевых пластин SOI можно классифицировать следующим образом: SIMOX (технология изоляции с впрыском кислорода), BESOI (технология истончения при соединении) и Smart Cut (интеллектуальная технология удаления примесей).
SIMOX (технология изоляции путем впрыскивания кислорода) — это метод, который включает в себя впрыскивание высокоэнергетических ионов кислорода в кремниевые пластины для образования встроенного слоя диоксида кремния, который затем подвергается высокотемпературному отжигу для устранения дефектов кристаллической решетки. Основной принцип заключается в прямом впрыскивании ионов кислорода для образования скрытого слоя кислорода.
Технология BESOI (Bonding Thinning technology) предполагает соединение двух кремниевых пластин с последующим истончением одной из них путем механической шлифовки и химического травления для образования структуры SOI. Суть заключается в соединении и истончении.
Технология Smart Cut (интеллектуальная эксфолиация) формирует эксфолиационный слой путем впрыскивания ионов водорода. После склеивания проводится термообработка для эксфолиации кремниевой пластины вдоль слоя ионов водорода, образуя сверхтонкий кремниевый слой. В основе лежит технология удаления материала путем впрыскивания водорода.
В настоящее время существует еще одна технология, известная как SIMBOND (технология кислородно-инжекционного соединения), разработанная компанией Xinao. Фактически, это способ, сочетающий в себе технологии кислородно-инжекционной изоляции и соединения. В этой технологии инжектируемый кислород используется в качестве истончающегося барьерного слоя, а фактический скрытый кислородный слой представляет собой слой термического окисления. Таким образом, одновременно улучшаются такие параметры, как однородность верхнего кремниевого слоя и качество скрытого кислородного слоя.
Кремниевые пластины SOI, изготовленные различными технологическими методами, имеют разные параметры производительности и подходят для различных сценариев применения.
Ниже приведена сводная таблица основных преимуществ кремниевых пластин SOI, а также их технических характеристик и сценариев реального применения. По сравнению с традиционным объемным кремнием, SOI обладает значительными преимуществами в балансе скорости и энергопотребления. (Примечание: производительность 22-нм FD-SOI близка к производительности FinFET, а стоимость снижена на 30%).
| Преимущество в производительности | Технический принцип | Конкретное проявление | Типичные сценарии применения |
| Низкая паразитная емкость | Изолирующий слой (BOX) блокирует передачу заряда между устройством и подложкой. | Скорость переключения увеличилась на 15–30%, энергопотребление снизилось на 20–50%. | 5G RF, высокочастотные коммуникационные чипы |
| Сниженный ток утечки | Изолирующий слой подавляет пути протекания тока утечки. | Снижение тока утечки более чем на 90%, увеличение срока службы батареи. | Устройства Интернета вещей, носимая электроника |
| Повышенная радиационная стойкость | Изолирующий слой блокирует накопление заряда, вызванное излучением. | Радиационная стойкость повысилась в 3-5 раз, снизилось количество сбоев, вызванных единичными событиями. | Космические аппараты, оборудование для атомной промышленности |
| Контроль эффекта короткого канала | Тонкий кремниевый слой уменьшает помехи электрического поля между стоком и истоком. | Улучшенная стабильность порогового напряжения, оптимизированный наклон подпорогового режима. | Современные логические микросхемы (<14 нм) |
| Улучшенное управление температурным режимом | Изоляционный слой уменьшает теплопроводность и тепловое взаимодействие. | На 30% меньше накопления тепла, рабочая температура на 15-25°C ниже. | 3D интегральные схемы, автомобильная электроника |
| Высокочастотная оптимизация | Сниженная паразитная емкость и улучшенная подвижность носителей заряда. | На 20% меньшая задержка, поддержка обработки сигналов >30 ГГц. | миллиметровые волны связи, микросхемы спутниковой связи |
| Повышенная гибкость проектирования | Не требует легирования скважин, поддерживает обратное смещение. | На 13–20% меньше этапов процесса, на 40% выше плотность интеграции. | Смешанные интегральные схемы, датчики |
| Иммунитет, возникающий при прикреплении к субстрату | Изолирующий слой изолирует паразитные PN-соединения. | Пороговое значение тока защелкивания увеличено до >100 мА. | Высоковольтные силовые устройства |
В заключение, главные преимущества SOI заключаются в следующем: высокая скорость работы и более высокая энергоэффективность.
Благодаря этим характеристикам SOI, он находит широкое применение в областях, требующих превосходных частотных характеристик и энергопотребления.
Как показано ниже, исходя из доли областей применения, соответствующих SOI, можно увидеть, что радиочастотные и силовые устройства занимают подавляющую часть рынка SOI.
| Область применения | Доля рынка |
| RF-SOI (радиочастота) | 45% |
| Power SOI | 30% |
| FD-SOI (полностью обедненный) | 15% |
| Оптический SOI | 8% |
| Датчик SOI | 2% |
С ростом таких рынков, как мобильная связь и автономное вождение, ожидается, что кремниевые пластины SOI также сохранят определенные темпы роста.
Компания XKH, ведущий новатор в области технологии кремниевых пластин на диэлектрической подложке (SOI), предлагает комплексные решения SOI от исследований и разработок до серийного производства, используя передовые производственные процессы. Наш полный портфель включает в себя 200-мм/300-мм SOI-пластины различных типов: RF-SOI, Power-SOI и FD-SOI, с жестким контролем качества, обеспечивающим исключительную стабильность характеристик (равномерность толщины в пределах ±1,5%). Мы предлагаем индивидуальные решения с толщиной слоя скрытого оксида (BOX) от 50 нм до 1,5 мкм и различными характеристиками удельного сопротивления для удовлетворения конкретных требований. Благодаря 15-летнему техническому опыту и надежной глобальной цепочке поставок, мы обеспечиваем высококачественные материалы для SOI-подложек ведущим мировым производителям полупроводников, способствуя разработке передовых чипов для 5G-связи, автомобильной электроники и приложений искусственного интеллекта.
XKH's SOI-пластины:
Дата публикации: 24 апреля 2025 г.