SOI(Silicon on Insulator)

半導体・ストレージ・NAS

半導体プロセス技術の1つであるSOI(Silicon on Insulator)について勉強したときのメモの一部。

SOIとは

wikiepdiaより

  CMOS LSIの高速性・低消費電力化を向上させる技術である。”Silicon on Insulator”(=絶縁物上のシリコン」)の名の通り、従来のMOSFETの基板の部分に絶縁物(酸化シリコン:SiO2)の層が埋め込まれ、その絶縁物上にドレインやソースが載っている。

SOIの前身はSOS(Silicon on sapphire)で「(人工)サファイヤ上のシリコン」だったが、いくら人工とはいってもサファイアは高価すぎたので実用化に至らず、究極のトランジスタを作りたい!という夢で終わったらしい。

SOI-CMOSデバイスの特長

SOI技術を導入することで、トランジスタの空乏域がなくなるる。空乏域が無くなる、ということはバルク型のトランジスタで問題となっていた短チャネル効果をあまり気にしなくてもよくなる、ことにつながる。

沖テクニカルレビュー(https://www.oki.com/jp/Home/JIS/Books/KENKAI/n185/pdf/R26.pdf)

メリット

  1. 低電圧動作が可能(S値の低減)
  2. 高速動作・低消費電力・高周波動作における信号伝達損失の低減(接合容量低減)
  3. 高周波性能の実現・基板を介したクロストーク等の誤動作を低減・ラッチアップ等の誤動作防止(完全分離構造)
  4. 放射線入射によるソフトエラ耐性の向上(SOI薄膜化)

作り方

SOIの構造(=酸化シリコンをシリコンでサンドイッチしたもの)を持つウエハを作る方法は、おもに以下の3通りある。

  1. シリコン表面を酸化させて酸化シリコンを作ったウエハに、別のシリコンウエハを貼り合わせ、そのあとで重ねたウエハの厚みを削る
  2. シリコン基板にイオンを打ち込み、熱処理で酸化シリコンの相を内部形成する
  3. シリコンウエハ表面に形成した多孔質層(酸化シリコン)の上に、シリコンをエピタキシャル成長させる。そこに別のウエハを貼り合わせたあと、ウォータージェットで元の多孔質層から切り離す

寄生のことなんかも書かないと中途半端かもしれないが、まぁそれはそれとして、今日はここまで。