Was ist SOI?

SOI, kurz für Silicon-On-Insulator, ist ein Halbleiterherstellungsverfahren auf Basis spezieller Substratmaterialien. Seit ihrer Industrialisierung in den 1980er Jahren hat sich diese Technologie zu einem wichtigen Zweig fortschrittlicher Halbleiterfertigungsprozesse entwickelt. Der SOI-Prozess zeichnet sich durch seine einzigartige dreischichtige Verbundstruktur aus und stellt eine deutliche Abkehr vom herkömmlichen Massensiliziumprozess dar.

Bestehend aus einer einkristallinen Silizium-Bauelementschicht, einer Siliziumdioxid-Isolierschicht (auch bekannt als vergrabene Oxidschicht, BOX) und einem SiliziumsubstratSOI-Waferschafft eine unabhängige und stabile elektrische Umgebung. Jede Schicht erfüllt eine eigene, aber dennoch ergänzende Rolle bei der Gewährleistung der Leistung und Zuverlässigkeit des Wafers:

1. Die oberste einkristalline Silizium-Bauelementschicht, die normalerweise eine Dicke von 5 nm bis 2 μm aufweist, dient als zentraler Bereich für die Herstellung aktiver Bauelemente wie Transistoren. Seine ultradünne Bauweise ist die Grundlage für verbesserte Leistung und Geräteminiaturisierung.

2. Die Hauptfunktion der mittleren vergrabenen Oxidschicht besteht darin, eine elektrische Isolierung zu erreichen. Die BOX-Schicht blockiert effektiv elektrische Verbindungen zwischen der Geräteschicht und dem darunter liegenden Substrat, indem sie sowohl physikalische als auch chemische Isolationsmechanismen nutzt, wobei ihre Dicke typischerweise zwischen 5 nm und 2 μm liegt.

3. Die Hauptfunktion des unteren Siliziumsubstrats besteht darin, strukturelle Robustheit und stabile mechanische Unterstützung zu bieten, die entscheidende Garantien für die Zuverlässigkeit des Wafers während der Produktion und bei späteren Verwendungen sind. Die Dicke liegt im Allgemeinen im Bereich von 200 μm bis 700 μm.

Vorteile von SOI-Wafern

1.Geringer Stromverbrauch

Das Vorhandensein der Isolierschicht inSOI-WaferReduziert den Leckstrom und die Kapazität und trägt so zu einem geringeren statischen und dynamischen Stromverbrauch des Geräts bei.

2. Strahlungsbeständigkeit

Die Isolierschicht in SOI-Wafern kann kosmische Strahlung und elektromagnetische Störungen wirksam abschirmen, wodurch die Auswirkungen extremer Umgebungen auf die Gerätestabilität vermieden werden und ein stabiler Betrieb in speziellen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt- und Nuklearindustrie ermöglicht wird.

3. Hervorragende Hochfrequenzleistung

Das isolierende Schichtdesign reduziert unerwünschte parasitäre Effekte, die durch die Wechselwirkung zwischen dem Gerät und dem Substrat verursacht werden, erheblich. Die Reduzierung der parasitären Kapazität verringert die Latenz von SOI-Geräten bei der Hochfrequenzsignalverarbeitung (z. B. 5G-Kommunikation) und verbessert dadurch die Betriebseffizienz.

4.Designflexibilität

Das SOI-Substrat verfügt über eine inhärente dielektrische Isolierung, wodurch die Notwendigkeit einer dotierten Grabenisolierung entfällt, was den Herstellungsprozess vereinfacht und die Produktionsausbeute verbessert.

Anwendung der SOI-Technologie

1. Unterhaltungselektroniksektor: HF-Frontend-Module für Smartphones (z. B. 5G-Filter).

2. Bereich der Automobilelektronik: Radarchip in Automobilqualität.

3. Luft- und Raumfahrt: Satellitenkommunikationsausrüstung.

4. Bereich medizinischer Geräte: implantierbare medizinische Sensoren, Chips zur Überwachung mit geringem Stromverbrauch.