SOI (シリコンオンイソレーター) ワフルのプロセスフロー.
April 21, 2025
SOI (シリコンオンイソレーター) ワフルのプロセスフロー.
SOI (シリコン・オン・イソレーター) ウェーファー半導体材料で,特殊な処理により隔熱層の上に超薄のシリコン層を形成する.そのユニークなサンドイッチ構造は,デバイスの性能を大幅に向上させる.
についてSOIウェーファーには3つの層があります
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トップシリコン (デバイス層): 厚さは数十ナノメートルから数マイクロメートルまであり,トランジスタやその他の装置の製造に使用されます.
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埋葬された酸化物 (BOX): 中央の二酸化シリコン隔熱層 (厚さ約0.05〜15μm) は,装置層を基板から隔離し,寄生虫の影響を軽減します.
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基板シリコン: 底部シリコン層 (厚さ100-500μm) は機械的なサポートを提供します.
製造プロセスの技術によると,SOIウエフルの主要なプロセス経路は以下に分類できる:SIMOX (酸素の埋め込みによる分離),BESOI (SOIの結合とエッチング),スマートカット (スマート分離技術).
SIMOX (酸素の埋め込みによる分離) は,高エネルギー酸素イオンをシリコンウエファーに埋め込み,シリコン二酸化物層を形成する.格子欠陥を修復するために高温で焼却するこのプロセスの核は 埋もれたオキシド層を形成するために 酸素の直接的なイオン植入です
BESOI (SOI の 結合 と 彫刻) は,2つのシリコンウエフルを結合させ,そのうちの1つを機械的な磨きと化学エッチングによって薄め,SOI構造を形成する.このプロセスの核は結合+薄めです.
スマートカット技術では 水素イオンを植入して分離層を形成します 結合後 熱処理により シリコンウエファーは水素イオン層に沿って分離します超薄いシリコン層を生成するこのプロセスの核は水素の植入と分離です
現在,SOMBOND (酸素植入結合技術) と呼ばれる別の技術が Soitec によって開発されていますこの技術は基本的に 酸素植入 隔離 結合技術の両方を組み合わせるプロセスですこのプロセスでは,植入された酸素は薄化バリアとして機能し,実際の埋葬された酸化層は熱的に成長した酸化層です. 結果として,同時に,上層シリコンの均一性や埋葬された酸化層の質などのパラメータを改善します.
異なる技術経路を用いて製造されたSOIウエーフは,異なる性能パラメータを有し,様々なアプリケーションシナリオに適しています.
| テクノロジー | 上層厚さの範囲 | 埋められた酸化層の厚さ | 均一性 (±) | 費用 | 応用分野 |
| シモックス | 0.5-20um | 0.3-4m | 0.5um | 中高 | 電源装置,モデル回路 |
| BESOI | 1〜200um | 0.3-4um | 250nm | 低い | 自動車電子機器,光学 |
| スマートカット | 0.075-1.5um | 0.05-3um | 12.5nm | 中等 | 5G周波数 ミリメートル波チップ |
| シムボンド | 0.075-3um | 0.05-3um | 12.5nm | 高い | 高級機器,フィルター |
SOIウエフルの主要性能優位性の概要表は,その技術的特性と実用的な応用シナリオを組み合わせています.SOI は速度と電力消費のバランスにおいて重要な利点を提供します. (PS: 22nm FD-SOI の性能は 30% のコスト削減で FinFET に近い.)
| 性能上の利点 | テクノロジールート | 特定の性能 | 典型的な応用分野 |
| 低電力消費 | 埋葬酸化物 (BOX) の隔離 | 15%~30%の電源で開く 20%~50%の電源消費 | 5Gベースステーション,高速統合回路 |
| 高断熱電圧 | 高断熱電圧装置 | 高断熱電圧,最大90%以上,使用寿命延長 | 電源モジュール,高電圧装置 |
| 高熱伝導性 | 高熱伝導性装置 | 熱抵抗が3~5倍減る 熱抵抗が減る | 熱消散装置,高性能チップ |
| 高電磁互換性 | 高電磁互換性装置 | 外部の電磁気干渉に耐える | 電気磁気干渉に敏感な電子機器 |
| 高温耐性 | 高温耐性 | 熱抵抗 30%以上,作業温度 15~25°C | 14nm CPU,LEDライト,電源システム |
| 優れた デザイン の 柔軟性 | 優れた デザイン の 柔軟性 | 追加的な組み立てプロセスは不要で,複雑さを軽減します | 高精度装置,パワーセンサー |
| 優れた電気性能 | 優れた電気性能 | 電気性能が100mAに達する | 電気自動車,太陽電池 |
SOI の主な利点は,より速く動作し,より少ない電力を消費するということです.SOI は,優れた周波数と電力消費性能を必要とする分野で幅広いアプリケーションがあります.下記のように,様々なアプリケーション分野におけるSOIの市場シェアに基づいて,RFと電力装置はSOI市場の圧倒的多数を占めています.
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