SOI 기판이란?

칩 제조 과정에서 'SOI'라는 말을 자주 듣게 된다. 그리고 칩 제조에서는 일반적으로 SOI 기판을 사용하여 집적 회로를 제조합니다. SOI 기판의 독특한 구조는 칩의 성능을 크게 향상시킬 수 있는데, SOI란 정확히 무엇입니까? 장점은 무엇입니까? 어떤 분야에 사용되나요? 어떻게 제조되나요?

SOI 기판이란 무엇입니까?

SOI는 Silicon On Insulator의 약자입니다. 말 그대로 절연층 위의 실리콘을 뜻합니다. 실제 구조는 실리콘 웨이퍼 위에 SiO2와 같은 초박형 절연층이 있는 것이다. 절연층 위에 또 다른 얇은 실리콘층이 있습니다. 이 구조는 기판의 실리콘 층에서 활성 실리콘 층을 분리합니다. 전통적인 실리콘 공정에서는 칩이 절연층을 사용하지 않고 실리콘 기판 위에 직접 형성됩니다.

SOI 기판의 장점은 무엇입니까?

낮은 기판 누설 전류
실리콘 산화물(SiO2) 절연층이 있기 때문에 트랜지스터를 아래에 있는 실리콘 기판으로부터 효과적으로 분리합니다. 이러한 절연은 활성층에서 기판으로의 원치 않는 전류 흐름을 줄입니다. 누설 전류는 온도에 따라 증가하므로 고온 환경에서 칩의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

기생 용량 감소
SOI 구조에서는 기생 용량이 크게 감소합니다. 기생 용량은 종종 속도를 제한하고 전력 소비를 증가시키므로 신호 전송 중에 추가 지연을 추가하고 추가 에너지를 소비합니다. 이러한 기생 용량을 줄임으로써 고속 또는 저전력 칩에 애플리케이션이 일반적으로 사용됩니다. CMOS 공정으로 만든 일반 칩에 비해 SOI 칩의 속도는 15% 향상되고 전력 소모는 20% 감소할 수 있다.

소음 차단
혼합 신호 응용 분야에서는 디지털 회로에서 생성된 잡음이 아날로그 또는 RF 회로를 방해하여 시스템 성능을 저하시킬 수 있습니다. SOI 구조는 활성 실리콘 층을 기판에서 분리하기 때문에 실제로 일종의 고유한 잡음 차단을 달성합니다. 이는 디지털 회로에서 생성된 노이즈가 기판을 통해 민감한 아날로그 회로로 전파되기가 더 어렵다는 것을 의미합니다.

SOI 기판을 제조하는 방법은 무엇입니까?

일반적으로 SIMOX, BESOI, 결정 성장 방법 등 세 가지 방법이 있습니다. 제한된 공간으로 인해 여기에서는 보다 일반적인 SIMOX 기술을 소개합니다.
Separation by IMplantation of OXygen의 전체 이름인 SIMOX는 산소 이온 주입과 그에 따른 고온 어닐링을 사용하여 SOI 구조의 절연체 층 역할을 하는 실리콘 결정에 두꺼운 이산화규소(SiO2) 층을 형성하는 것입니다.

고에너지 산소 이온은 실리콘 기판의 특정 깊이에 주입됩니다. 산소 이온의 에너지와 주입량을 제어함으로써 향후 이산화규소 층의 깊이와 두께를 결정할 수 있습니다. 산소 이온이 주입된 실리콘 웨이퍼는 일반적으로 1100도에서 1300도 사이의 고온 어닐링 공정을 거칩니다. 이 높은 온도에서 주입된 산소 이온은 실리콘과 반응하여 연속적인 이산화규소 층을 형성합니다. 이 절연층은 실리콘 기판 아래에 묻혀 SOI 구조를 형성합니다. 표면 실리콘 층은 칩을 제조하는 기능층이 되고, 아래의 이산화규소 층은 절연체 층 역할을 하여 기능층을 실리콘 기판으로부터 분리시킵니다.

SOI 기판은 어떤 칩에 사용됩니까?

CMOS 장치, RF 장치 및 실리콘 광소자에 사용할 수 있습니다.

SOI 기판의 각 레이어의 일반적인 두께는 얼마입니까?

실리콘 기판층 두께: 100μm / 300μm / 400μm / 500μm / 625μm ~ 이상
SiO2 두께: 100 nm ~ 10μm
활성 실리콘층: 20nm 이상