Dans le processus de fabrication des puces, le terme « SOI » est souvent utilisé. Et la fabrication de puces utilise également généralement des substrats SOI pour fabriquer des circuits intégrés. La structure unique des substrats SOI peut améliorer considérablement les performances des puces. Alors, qu'est-ce que le SOI exactement ? Quels sont ses avantages ? Dans quels domaines est-il utilisé ? Comment est-il fabriqué ?
Qu'est-ce qu'un substrat SOI ?
SOI est l'abréviation de Silicon-On-Insulator. Cela signifie littéralement du silicium sur une couche isolante. La structure réelle est qu'il y a une couche isolante ultra-mince, telle que SiO2, sur la plaquette de silicium. Il y a une autre fine couche de silicium sur la couche isolante. Cette structure sépare la couche de silicium actif de la couche de silicium du substrat. Dans le procédé traditionnel au silicium, la puce est formée directement sur le substrat de silicium sans utiliser de couche isolante.
Quels sont les avantages du substrat SOI ?
Faible courant de fuite du substrat
Grâce à la présence d'une couche isolante d'oxyde de silicium (SiO2), elle isole efficacement le transistor du substrat de silicium sous-jacent. Cette isolation réduit le flux de courant indésirable de la couche active vers le substrat. Le courant de fuite augmente avec la température, de sorte que la fiabilité de la puce peut être considérablement améliorée dans les environnements à haute température.
Réduire la capacité parasite
Dans la structure SOI, la capacité parasite est considérablement réduite. Les capacités parasites limitent souvent la vitesse et augmentent la consommation d'énergie, elles ajoutent donc un délai supplémentaire lors de la transmission du signal et consomment de l'énergie supplémentaire. En réduisant ces capacités parasites, les applications sont courantes dans les puces à grande vitesse ou à faible consommation. Par rapport aux puces ordinaires fabriquées selon le processus CMOS, la vitesse des puces SOI peut être augmentée de 15 % et la consommation d'énergie peut être réduite de 20 %.
Isolation phonique
Dans les applications à signaux mixtes, le bruit généré par les circuits numériques peut interférer avec les circuits analogiques ou RF, dégradant ainsi les performances du système. Étant donné que la structure SOI sépare la couche de silicium active du substrat, elle réalise en fait une sorte d’isolation acoustique inhérente. Cela signifie qu'il est plus difficile pour le bruit généré par les circuits numériques de se propager à travers le substrat jusqu'aux circuits analogiques sensibles.
Comment fabriquer un substrat SOI ?
Il existe généralement trois méthodes : SIMOX, BESOI, méthode de croissance cristalline, etc. En raison de l'espace limité, nous présentons ici la technologie SIMOX la plus courante.
SIMOX, le nom complet de Séparation par IMplantation d'OXygène, consiste à utiliser l'implantation d'ions oxygène et le recuit ultérieur à haute température pour former une couche épaisse de dioxyde de silicium (SiO2) dans le cristal de silicium, qui sert de couche isolante de la structure SOI.
Des ions oxygène à haute énergie sont implantés à une profondeur spécifique dans le substrat de silicium. En contrôlant l’énergie et le dosage des ions oxygène, il est possible de déterminer la profondeur et l’épaisseur de la future couche de dioxyde de silicium. La plaquette de silicium implantée avec des ions oxygène subit un processus de recuit à haute température, généralement entre 1 100 et 1 300 degrés. À cette température élevée, les ions oxygène implantés réagissent avec le silicium pour former une couche continue de dioxyde de silicium. Cette couche isolante est enterrée sous le substrat de silicium, formant une structure SOI. La couche de silicium superficielle devient la couche fonctionnelle pour la fabrication de la puce, tandis que la couche de dioxyde de silicium située en dessous agit comme une couche isolante, isolant la couche fonctionnelle du substrat de silicium.
Dans quelles puces les substrats SOI sont-ils utilisés ?
Ils peuvent être utilisés dans les appareils CMOS, les appareils RF et les appareils photoniques au silicium.
Quelles sont les épaisseurs communes de chaque couche de substrats SOI ?
Épaisseur de la couche de substrat en silicium : 100 μm / 300 μm / 400 μm / 500 μm / 625 μm ~ et plus
Épaisseur SiO2 : 100 nm à 10 μm
Couche de silicium actif : supérieure ou égale à 20 nm
