พื้นผิวซอยคืออะไร

ในกระบวนการผลิตชิป มักจะได้ยินคำว่า "ซอย" และการผลิตชิปมักจะใช้ซับสเตรต SOI ในการผลิตวงจรรวม โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของซับสเตรต SOI สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของชิปได้อย่างมาก ดังนั้น SOI คืออะไรกันแน่ ข้อดีของมันคืออะไร? ใช้ในด้านใดบ้าง? มันผลิตขึ้นมาได้อย่างไร?

สารตั้งต้นของซอยคืออะไร?

SOI เป็นตัวย่อของ Silicon-On-Insulator แท้จริงแล้วหมายถึงซิลิคอนบนชั้นฉนวน โครงสร้างที่แท้จริงคือมีชั้นฉนวนบางพิเศษ เช่น SiO2 บนเวเฟอร์ซิลิคอน มีชั้นซิลิกอนบางๆ อีกชั้นหนึ่งอยู่บนชั้นฉนวน โครงสร้างนี้จะแยกชั้นซิลิคอนที่ใช้งานอยู่ออกจากชั้นซิลิกอนของสารตั้งต้น ในกระบวนการซิลิกอนแบบดั้งเดิม ชิปจะถูกสร้างขึ้นโดยตรงบนพื้นผิวของซิลิกอนโดยไม่ต้องใช้ชั้นฉนวน

ข้อดีของสารตั้งต้นซอยคืออะไร?

กระแสไฟรั่วของสารตั้งต้นต่ำ
เนื่องจากมีชั้นฉนวนของซิลิคอนออกไซด์ (SiO2) จึงสามารถแยกทรานซิสเตอร์ออกจากซับสเตรตซิลิคอนที่อยู่ด้านล่างได้อย่างมีประสิทธิภาพ การแยกนี้ช่วยลดการไหลของกระแสที่ไม่ต้องการจากชั้นที่ใช้งานไปยังวัสดุพิมพ์ กระแสไฟรั่วจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ ดังนั้นความน่าเชื่อถือของชิปจึงสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง

ลดความจุของปรสิต
ในโครงสร้างของซอย ความจุของปรสิตจะลดลงอย่างมาก ความจุของปรสิตมักจะจำกัดความเร็วและเพิ่มการใช้พลังงาน ดังนั้นจึงเพิ่มความล่าช้าเพิ่มเติมในระหว่างการส่งสัญญาณและใช้พลังงานเพิ่มเติม ด้วยการลดความจุของปรสิตเหล่านี้ การใช้งานจึงเป็นเรื่องปกติในชิปความเร็วสูงหรือพลังงานต่ำ เมื่อเทียบกับชิปทั่วไปที่ผลิตในกระบวนการ CMOS ความเร็วของชิป SOI จะเพิ่มขึ้น 15% และการใช้พลังงานลดลง 20%

การแยกเสียงรบกวน
ในการใช้งานสัญญาณผสม สัญญาณรบกวนที่เกิดจากวงจรดิจิตอลอาจรบกวนวงจรแอนะล็อกหรือ RF ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของระบบลดลง เนื่องจากโครงสร้างของซอยแยกชั้นซิลิกอนที่ใช้งานออกจากซับสเตรต จึงทำให้มีการแยกสัญญาณรบกวนโดยธรรมชาติได้อย่างแท้จริง ซึ่งหมายความว่าเสียงรบกวนที่เกิดจากวงจรดิจิทัลจะแพร่กระจายผ่านซับสเตรตไปยังวงจรแอนะล็อกที่มีความละเอียดอ่อนได้ยากขึ้น

วิธีการผลิตซับสเตรต SOI

โดยทั่วไปมีสามวิธี: SIMOX, BESOI, วิธีการเติบโตของคริสตัล ฯลฯ เนื่องจากพื้นที่จำกัด เราจึงแนะนำเทคโนโลยี SIMOX ที่ใช้กันทั่วไปมากขึ้นในที่นี้
SIMOX หรือชื่อเต็มของการแยกโดยการฝัง OXygen คือการใช้การฝังไอออนออกซิเจนและการหลอมที่อุณหภูมิสูงในภายหลังเพื่อสร้างชั้นซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) หนาในผลึกซิลิคอน ซึ่งทำหน้าที่เป็นชั้นฉนวนของโครงสร้างซอย

ไอออนออกซิเจนพลังงานสูงถูกฝังลงในระดับความลึกเฉพาะในซับสเตรตซิลิกอน ด้วยการควบคุมพลังงานและปริมาณของไอออนออกซิเจน ทำให้สามารถกำหนดความลึกและความหนาของชั้นซิลิคอนไดออกไซด์ในอนาคตได้ แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ฝังด้วยไอออนออกซิเจนจะผ่านกระบวนการหลอมที่อุณหภูมิสูง โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 1100 องศา ถึง 1300 องศา ที่อุณหภูมิสูงนี้ ไอออนของออกซิเจนที่ฝังไว้จะทำปฏิกิริยากับซิลิคอนเพื่อสร้างชั้นซิลิคอนไดออกไซด์ที่ต่อเนื่องกัน ชั้นฉนวนนี้ถูกฝังอยู่ใต้พื้นผิวซิลิกอน ทำให้เกิดโครงสร้างซอย ชั้นพื้นผิวซิลิคอนกลายเป็นชั้นการทำงานสำหรับการผลิตชิป ในขณะที่ชั้นซิลิคอนไดออกไซด์ด้านล่างทำหน้าที่เป็นชั้นฉนวน โดยแยกชั้นการทำงานออกจากซับสเตรตซิลิคอน

วัสดุพิมพ์ SOI ใช้กับชิปใด

สามารถใช้ในอุปกรณ์ CMOS, อุปกรณ์ RF และอุปกรณ์ซิลิคอนโฟโตนิก

ความหนาทั่วไปของพื้นผิวซอยแต่ละชั้นเป็นเท่าใด

ความหนาของชั้นพื้นผิวซิลิคอน: 100μm / 300μm / 400μm / 500μm / 625μm ~ และสูงกว่า
ความหนาของ SiO2: 100 นาโนเมตรถึง10μm
ชั้นซิลิคอนที่ใช้งานอยู่: มากกว่าหรือเท่ากับ 20 นาโนเมตร