Dalam proses pembuatan cip, istilah "SOI" sering didengari. Dan pembuatan cip juga biasanya menggunakan substrat SOI untuk mengeluarkan litar bersepadu. Struktur unik substrat SOI boleh meningkatkan prestasi cip, jadi apakah sebenarnya SOI itu? Apakah kelebihannya? Dalam bidang apa ia digunakan? Bagaimana ia dihasilkan?
Apakah substrat SOI?
SOI ialah singkatan kepada Silicon-On-Insulator. Ia secara literal bermaksud silikon pada lapisan penebat. Struktur sebenar ialah terdapat lapisan penebat ultra nipis, seperti SiO2, pada wafer silikon. Terdapat satu lagi lapisan silikon nipis pada lapisan penebat. Struktur ini memisahkan lapisan silikon aktif daripada lapisan silikon substrat. Dalam proses silikon tradisional, cip dibentuk terus pada substrat silikon tanpa menggunakan lapisan penebat.
Apakah kelebihan substrat SOI?
Arus kebocoran substrat rendah
Disebabkan kehadiran lapisan penebat silikon oksida (SiO2), ia mengasingkan transistor dengan berkesan daripada substrat silikon asas. Pengasingan ini mengurangkan aliran arus yang tidak diingini dari lapisan aktif ke substrat. Arus kebocoran meningkat dengan suhu, jadi kebolehpercayaan cip boleh dipertingkatkan dengan ketara dalam persekitaran suhu tinggi.
Kurangkan kapasiti parasit
Dalam struktur SOI, kapasitans parasit dikurangkan dengan ketara. Kapasiti parasit selalunya mengehadkan kelajuan dan meningkatkan penggunaan kuasa, jadi ia menambah kelewatan tambahan semasa penghantaran isyarat dan menggunakan tenaga tambahan. Dengan mengurangkan kapasiti parasit ini, aplikasi adalah biasa dalam cip berkelajuan tinggi atau berkuasa rendah. Berbanding dengan cip biasa yang dibuat dalam proses CMOS, kelajuan cip SOI boleh ditingkatkan sebanyak 15% dan penggunaan kuasa boleh dikurangkan sebanyak 20%.
Pengasingan Bunyi
Dalam aplikasi isyarat bercampur, hingar yang dihasilkan oleh litar digital mungkin mengganggu litar analog atau RF, dengan itu merendahkan prestasi sistem. Oleh kerana struktur SOI memisahkan lapisan silikon aktif daripada substrat, ia sebenarnya mencapai sejenis pengasingan bunyi yang wujud. Ini bermakna lebih sukar untuk hingar yang dihasilkan oleh litar digital untuk merambat melalui substrat kepada litar analog yang sensitif.
Bagaimana untuk mengeluarkan substrat SOI?
Secara amnya terdapat tiga kaedah: SIMOX, BESOI, kaedah pertumbuhan kristal, dll. Oleh kerana ruang yang terhad, di sini kami memperkenalkan teknologi SIMOX yang lebih biasa.
SIMOX, nama penuh Separation by Implantation of OXygen, adalah menggunakan implantasi ion oksigen dan penyepuhlindapan suhu tinggi seterusnya untuk membentuk lapisan silikon dioksida (SiO2) tebal dalam kristal silikon, yang berfungsi sebagai lapisan penebat struktur SOI.
Ion oksigen tenaga tinggi ditanam ke dalam kedalaman tertentu dalam substrat silikon. Dengan mengawal tenaga dan dos ion oksigen, kedalaman dan ketebalan lapisan silikon dioksida masa hadapan boleh ditentukan. Wafer silikon yang ditanam dengan ion oksigen menjalani proses penyepuhlindapan suhu tinggi, biasanya antara 1100 darjah dan 1300 darjah . Pada suhu tinggi ini, ion oksigen yang ditanam bertindak balas dengan silikon untuk membentuk lapisan silikon dioksida yang berterusan. Lapisan penebat ini tertimbus di bawah substrat silikon, membentuk struktur SOI. Lapisan silikon permukaan menjadi lapisan berfungsi untuk pembuatan cip, manakala lapisan silikon dioksida di bawah bertindak sebagai lapisan penebat, mengasingkan lapisan berfungsi daripada substrat silikon.
Dalam cip manakah substrat SOI digunakan?
Ia boleh digunakan dalam peranti CMOS, peranti RF dan peranti fotonik silikon.
Apakah ketebalan biasa bagi setiap lapisan substrat SOI?
Ketebalan lapisan substrat silikon: 100μm / 300μm / 400μm / 500μm / 625μm ~ dan ke atas
Ketebalan SiO2: 100 nm hingga 10μm
Lapisan silikon aktif: Lebih besar daripada atau sama dengan 20nm