SOI微電子技術(shù)簡介
SOI（Silicon－On－Insulator，絕緣層上覆硅）技術(shù)的出現(xiàn)雖然已有30多年，但是取得突破性進(jìn)展是在20世紀(jì)80年代后期。最初人們僅認(rèn)為SOl技術(shù)有可能替代在特殊場合應(yīng)用的SOS（Silicon～On－Sapphire）技術(shù)。然而，由于發(fā)現(xiàn)薄膜SOlMOSFET具有極好的按比例縮小性質(zhì)，使得SOl技術(shù)在深亞微米VLSI中的應(yīng)用具有極大的吸引力，潛力很大。最后，SOl技術(shù)和器件的研發(fā)取得了驚人的進(jìn)展，己從首次激光再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)發(fā)展到CMOS／ SIMOX SRAM及以硅基SOl微電子主流技術(shù)的高速度、低功耗微處理器。目前，SOl技術(shù)已走向商業(yè)化實(shí)用階段，并在繼續(xù)深化它的應(yīng)用領(lǐng)域，特別適應(yīng)用于低電壓電路、低功耗電路、高頻微波電路，以及耐高溫、抗輻射微電子器件和微電子電路等四。
圖1是SOl晶圓的結(jié)構(gòu)示意圖。SOl材料是在絕緣層上生長一層具有一定厚度的單晶硅薄膜的材料。該材料可實(shí)現(xiàn)完全的介質(zhì)隔離，與有pn結(jié)隔離的體硅相比，具有無閂鎖、高速度、低功耗、集成度高，耐高溫等特點(diǎn)。近幾年，SOl材料完整性不斷提高，已先后用于靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器及高性能的微處理器芯片中使用。其中發(fā)展較快的有注氧隔離硅（SIMOX）、背面刻蝕與鍵合的SOl（BESOI）和SMART－CUT等3類材料。BESOI材料中的缺陷密度低，更接近傳統(tǒng)硅片，但界面缺陷和頂層硅的厚度不易控制；相比而言，SIMOX材料缺陷密度較高，但表面硅層和埋層二氧化硅厚度可精細(xì)控制，與現(xiàn)行集成電路工藝匹配較好：SMART－CUT材料是利用H＋離子注入，在硅片中形成氣泡層，經(jīng)與另一支撐片鍵合后，進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚棺淦瑥臍馀輰犹幜验_，最后經(jīng)化學(xué)機(jī)械拋光后，得到高質(zhì)量的SOl材料。
圖1 SOl晶圓結(jié)構(gòu)示意圖
SOl材料性能好，成本低，與體硅集成電路工藝完全兼容，它完全可以繼承體硅材料與體硅集成電路迄今所取得的巨大成就，還具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢。SOl技術(shù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得使用它制作的器件具有更好的抗單粒子反轉(zhuǎn)和抗γ輻射性能，可以實(shí)現(xiàn)集成電路中元件的絕緣隔離，徹底消除體硅CMOS電路中的寄生閂鎖效應(yīng)。所以用SOl技術(shù)制作的微電子器件和集成電路的寄生電容小，短溝道效應(yīng)小，速度快，集成度高，工作溫度范圍廣，抗輻射能力強(qiáng)。SOl技術(shù)是抗輻射IC有效的加固技術(shù)。SOl與深槽可組成全介質(zhì)隔離技術(shù)。這種隔離結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的閂鎖抑制能力、極好的抗瞬時(shí)擾動(dòng)的特性、良好的抗中子損傷特性和良好的長期電離損傷控制能力、很高的抗瞬時(shí)劑量率能力。但雙極晶體管的發(fā)射結(jié)不能靠深槽墻，否則對電離輻射敏感。
SOI器件與體硅器件相比，除了具備良好的抗輻射性能還具有以下各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：①功耗低，在相同的工作速度下，功耗可降低50％～60％。②工作速度快，在相同的特征尺寸下，工作速度可提高30％～40％。③靜電電容小，寄生電容小。④可進(jìn)一步提高集成電路芯片的集成度、功能和可靠性，能在微功耗、低電壓、高溫、高壓等方面發(fā)揮它的優(yōu)勢。⑤耐高溫環(huán)境。體硅MOS器件在高溫環(huán)境中，由于熱激閂鎖效應(yīng)，漏電大，閾值電壓隨溫度變化而導(dǎo)致失效，所以不能在較高溫度環(huán)境下工作。SOI CMOS本身無閂鎖效應(yīng)，所以也就不存在高溫?zé)峒らV鎖效應(yīng)。對于相同幾何尺寸的體硅和SOl器件，在高溫下，由于結(jié)面積不同，SOI泄漏電流要比體硅器件低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，SOI MOS器件
