SOI(絕緣體上硅)的采用日趨活躍

2004年5月A版

　　目前，越來(lái)越多的公司在采用SOI(絕緣體上硅)作為半導(dǎo)體生產(chǎn)的材料。在3月上海舉行的SEMICON China期間，法國(guó)Soitec公司COO(首席運(yùn)營(yíng)官)Pascal Mauberger先生介紹了近期SOI的發(fā)展動(dòng)向。

SOI市場(chǎng)與應(yīng)用

　　“摩爾定律長(zhǎng)盛不衰，主要?dú)w功于尺寸越來(lái)越小，90年代以前這主要靠設(shè)備供應(yīng)商與IC供應(yīng)商的努力。” Mauberger話鋒一轉(zhuǎn)，“但由于材料供應(yīng)商的崛起，特別是由于工程基板或工程材料的技術(shù)進(jìn)步，實(shí)際材料已進(jìn)入了這個(gè)等式，形成了與設(shè)備賞、IC供應(yīng)商互為依存的三角關(guān)系?！倍鳶OI在IC中真正解決了互聯(lián)的問(wèn)題，為進(jìn)一步提高晶體管、IC的性能奠下了成功的基石。

　　與硅原材料比，SOI的特點(diǎn)主要在表層與基板層之間加了一層絕緣層，由于有了更高的阻抗，使電子遷移不會(huì)傳到下層，使電子束或電子本身的遷移的速度加快，從而提高了整個(gè)芯片的性能，使芯片速度更快，耗電更少(動(dòng)態(tài)功率方面改進(jìn)38%，靜態(tài)功率方面改進(jìn)46%)，電路密度提高了10~20%，SOI尤其在RF與SoC方面表現(xiàn)出色。

　　2003年開(kāi)始SOI愈發(fā)活躍了。以Soitec公司為例，在微處理器與邏輯電路方面，AMD今年初打算原材料全部選擇SOI來(lái)生產(chǎn)Athlon 64位處理器；IBM、SONY與東芝公司正共同研制90nm到45nm的技術(shù)，該技術(shù)建立在SOI原材料之上，并計(jì)劃把SOI轉(zhuǎn)到消費(fèi)類電子芯片的生產(chǎn)上；Motorola宣布在其Crolles II 聯(lián)盟中采用300mm SOI技術(shù)，聯(lián)盟中另兩家成員為Philips和 STM。除此之外，在大眾消費(fèi)市場(chǎng)SOI也頻頻發(fā)力，OKI、EPSON等生產(chǎn)低功耗產(chǎn)品，其中OKI的液晶手表不用電池，因?yàn)镾OI功耗非常低；Philips生產(chǎn)智能功耗產(chǎn)品，有的還用在了燈泡中；STM與瑞薩生產(chǎn)RF與混合信號(hào)；KOPIN公司做LCD；Honeywell做防輻射產(chǎn)品；MEMS上也有應(yīng)用SOI的案例，等等。

　　在代工廠中，TSMC(臺(tái)機(jī)電)與UMC(聯(lián)電)也推出了基于SOI的90nm技術(shù)。

　　在設(shè)計(jì)方面，一批設(shè)計(jì)公司正在從事基于SOI的設(shè)計(jì)工作，為了鼓勵(lì)設(shè)計(jì)，Soitec還持有部分SOI設(shè)計(jì)公司的股票。

　　SOI還有尚待開(kāi)發(fā)出來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，例如可以放在任何材料里面，可做成薄薄的小芯片放進(jìn)塑料、石英晶體里，做成可彎曲的產(chǎn)品或鏡像系統(tǒng)。SOI還可用在光電子上，在實(shí)驗(yàn)室中，正在研究利用光導(dǎo)在硅中傳播，可更高效地傳輸光。

SOI之后的未來(lái)材料

　　實(shí)際上，除了SOI，還有絕緣體上鍺(GeOI)、絕緣硅鍺(SGOI)這些混合的應(yīng)變材料，來(lái)適應(yīng)未來(lái)半導(dǎo)體工藝的要求。去年開(kāi)始，Soitec還在該公司位于法國(guó)Beinin的生產(chǎn)基地上開(kāi)始進(jìn)行應(yīng)變絕緣硅(sSOI)的批量生產(chǎn)及其技術(shù)研發(fā)。

　　為了適應(yīng)摩爾定律，SOI基板的厚度越來(lái)越薄，Soitec已在90nm下形成了批量大規(guī)模生產(chǎn)，典型的產(chǎn)品范圍是50nm左右。實(shí)際上，SOI上的活躍(active)層可做到22nm。

　　在130nm到90nm上，Soitec主要做200mm上的晶圓，以后將是300mm。從CMOS技術(shù)中基板的發(fā)展路線圖可看出(圖1)。薄型與超薄SOI主要應(yīng)用在300mm直徑的SOI；從65nm以后，要引入絕緣硅鍺/應(yīng)變絕緣體上硅；從45nm到32nm，計(jì)劃導(dǎo)入絕緣鍺。

Soitec的戰(zhàn)略

　　作為世界領(lǐng)先的SOI和工程基板制造商，Soitec在SOI材料批量大規(guī)模生產(chǎn)方面具有壟斷地位，在業(yè)界的份額達(dá)84.1%，另有7.9%來(lái)自Soitec技術(shù)的授權(quán)，只有8.0%是來(lái)自競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。Soitec公司的專利技術(shù)是Smart Cut，由于標(biāo)準(zhǔn)化是一切的核心和關(guān)鍵，Soitec正力圖使Smart Cut成為業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)。

　　Smart Cut采用原子級(jí)的切刀，利用這種技術(shù)可以切成非常薄的薄片。采用這樣的材料進(jìn)行集成，可產(chǎn)生BOX(埋氧層)/絕緣層這種超薄的材料，以便在底層發(fā)揮優(yōu)秀的性能。

　　在法國(guó)總部Berni，Soitec于97、98年建立了第一批SOI廠，今年年底可望達(dá)到每季度7萬(wàn)片晶圓產(chǎn)能，預(yù)計(jì)05年、06年產(chǎn)能將達(dá)到產(chǎn)能18萬(wàn)片/季度。

　　Soitec的產(chǎn)品由日本西華產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社代理推廣，西華已于2002年9月在華建立了分支機(jī)構(gòu)，辦事處設(shè)在上海。Soitec希望借此把這種先進(jìn)的SOI材料推廣到中國(guó)。■