Il flusso di processo del wafer SOI (Silicon On Insulator).
April 21, 2025
Il flusso di processo del wafer SOI (Silicon On Insulator).
Wafer SOI (silicone su isolante)è un materiale semiconduttore che forma uno strato di silicio ultra sottile su uno strato isolante attraverso un processo speciale.
IlS.O.Iil wafer è composto da tre strati:
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Silicio superiore (livello del dispositivo): Lo spessore varia da decine di nanometri a diversi micrometri, utilizzati per la produzione di transistor e altri dispositivi.
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Ossido sepolto (BOX): Lo strato isolante medio di biossido di silicio (spessore di circa 0,05-15 μm) isola lo strato del dispositivo dal substrato, riducendo gli effetti parassitari.
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Substrato di silicio: Lo strato di silicio inferiore (spessore 100-500 μm) fornisce un supporto meccanico.
In base alla tecnologia di processo di fabbricazione, le principali vie di processo dei wafer SOI possono essere classificate in: SIMOX (Separazione mediante impianto di ossigeno), BESOI (Legazione e incisione di SOI),e Smart Cut (tecnologia di separazione intelligente).
SIMOX (Separation by Implantation of Oxygen) consiste nell'impiantare ioni di ossigeno ad alta energia in un wafer di silicio per formare uno strato di biossido di silicio sepolto,seguita da ricottura ad alta temperatura per riparare i difetti del reticoloIl nucleo di questo processo è l'impianto ionico diretto di ossigeno per formare lo strato di ossido sepolto.
BESOI (Collegamento e incisione di SOIIl processo consiste nel legare due wafer di silicio e nel diluire una di esse mediante macinazione meccanica e incisione chimica per formare la struttura SOI.
La tecnologia Smart Cut prevede l'impianto di ioni di idrogeno per formare uno strato di separazione.che si traduce in uno strato di silicio ultra-sottileIl nucleo di questo processo è l'impianto e la separazione dell'idrogeno.
Attualmente esiste un'altra tecnologia chiamata SIMBOND (Oxygen Implantation Bonding Technology), sviluppata da Soitec.Questa tecnologia è essenzialmente un processo che combina sia l' isolamento dell' impianto di ossigeno che le tecniche di legameIn questo processo, l'ossigeno impiantato funge da barriera di assottigliamento, mentre lo strato di ossido realmente sepolto è uno strato di ossido coltivato termicamente.migliora contemporaneamente parametri quali l'uniformità del silicio superiore e la qualità dello strato di ossido sepolto.
I wafer SOI fabbricati utilizzando diverse vie tecnologiche hanno parametri di prestazione diversi, che li rendono adatti a vari scenari di applicazione.
| Tecnologia | Intervallo di spessore dello strato superiore | Spessore dello strato di ossido sepolto | Uniformità (±) | Costo | Aree di applicazione |
| Simox | 0.5-20um | 0.3-4m | 0.5um | Medio-alto | Dispositivi di alimentazione, modelli di circuiti |
| BESOI | 1-200um | 0.3-4um | 250 nm | Basso | Elettronica automobilistica, fotonica |
| Taglio intelligente | 0.075-1.5um | 0.05-3um | 12.5 nm | Medio | Frequenza 5G, chip a onde millimetriche |
| SIMBOND | 0.075-3um | 0.05-3um | 12.5 nm | Altezza | Dispositivi di fascia alta, filtri |
La seguente tabella riassume i principali vantaggi di prestazione dei wafer SOI, combinando le loro caratteristiche tecniche e gli scenari pratici di applicazione.L'uso dell'IPS offre vantaggi significativi nel rapporto velocità/consumo di potenza. (PS: le prestazioni di 22nm FD-SOI sono vicine a quelle di FinFET, con una riduzione dei costi del 30%.)
| Vantaggi di prestazione | Strada tecnologica | Prestazioni specifiche | Aree di applicazione tipiche |
| Basso consumo energetico | Isolamento da ossido sepolto (BOX) | Azionamento a 15% ~ 30%, consumo di energia 20% ~ 50% | Stazioni base 5G, circuiti integrati ad alta velocità |
| Alta tensione di rottura | Dispositivo ad alta tensione di rottura | Alta tensione di rottura, fino al 90% o più, durata di vita prolungata | Moduli di alimentazione, dispositivi ad alta tensione |
| Alta conduttività termica | Dispositivo ad alta conduttività termica | Resistenza termica 3-5 volte inferiore, resistenza termica ridotta | Dispositivi di dissipazione del calore, chip ad alte prestazioni |
| Alta compatibilità elettromagnetica | Dispositivo ad alta compatibilità elettromagnetica | resistenti alle interferenze elettromagnetiche esterne | Dispositivi elettronici sensibili alle interferenze elettromagnetiche |
| Resistenza alle alte temperature | Resistenza alle alte temperature | Resistenza termica superiore al 30%, temperatura di lavoro 15-25°C | CPU 14nm, luci LED, sistemi di alimentazione |
| Ottima flessibilità di progettazione | Ottima flessibilità di progettazione | Nessun processo di assemblaggio aggiuntivo, riduce la complessità | Dispositivi ad alta precisione, sensori di potenza |
| Eccellente prestazione elettrica | Eccellente prestazione elettrica | Le prestazioni elettriche raggiungono i 100mA | Veicoli elettrici, celle solari |
Per riassumere in modo semplice e diretto, i principali vantaggi di SOI sono: è più veloce e consuma meno energia.Il SOI ha una vasta gamma di applicazioni in settori che richiedono prestazioni eccellenti di frequenza e consumo di energiaCome illustrato di seguito, sulla base della quota di mercato degli SOI in vari campi di applicazione, i dispositivi RF e di potenza rappresentano la stragrande maggioranza del mercato degli SOI.
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