Wafer SOI (Silicon-On-Insulator)Rappresentano un materiale semiconduttore specializzato caratterizzato da uno strato di silicio ultrasottile formato sopra uno strato di ossido isolante. Questa esclusiva struttura a sandwich offre significativi miglioramenti delle prestazioni dei dispositivi a semiconduttore.
Composizione strutturale:
Livello del dispositivo (silicio superiore):
Spessore variabile da diversi nanometri a micrometri, che funge da strato attivo per la fabbricazione dei transistor.
Strato di ossido sepolto (BOX):
Uno strato isolante di biossido di silicio (spessore 0,05-15 μm) che isola elettricamente lo strato del dispositivo dal substrato.
Substrato di base:
Silicio sfuso (spessore 100-500 μm) che fornisce supporto meccanico.
In base alla tecnologia del processo di preparazione, i principali percorsi di processo dei wafer di silicio SOI possono essere classificati come: SIMOX (tecnologia di isolamento tramite iniezione di ossigeno), BESOI (tecnologia di assottigliamento del legame) e Smart Cut (tecnologia di stripping intelligente).
SIMOX (tecnologia di isolamento a iniezione di ossigeno) è una tecnica che prevede l'iniezione di ioni di ossigeno ad alta energia in wafer di silicio per formare uno strato di biossido di silicio incorporato, che viene poi sottoposto a ricottura ad alta temperatura per riparare i difetti reticolari. Il nucleo è costituito da un'iniezione diretta di ossigeno ionico per formare uno strato sepolto di ossigeno.
La tecnologia BESOI (Bonding Thinning) prevede l'unione di due wafer di silicio e il successivo assottigliamento di uno di essi tramite rettifica meccanica e attacco chimico per formare una struttura SOI. Il fulcro sta nell'unione e nell'assottigliamento.
La tecnologia Smart Cut (Intelligent Exfoliation) forma uno strato esfoliante attraverso l'iniezione di ioni idrogeno. Dopo l'adesione, viene effettuato un trattamento termico per esfoliare il wafer di silicio lungo lo strato di ioni idrogeno, formando uno strato di silicio ultrasottile. Il nucleo è sottoposto a stripping tramite iniezione di idrogeno.
Attualmente, esiste un'altra tecnologia nota come SIMBOND (tecnologia di bonding a iniezione di ossigeno), sviluppata da Xinao. Si tratta di un processo che combina l'isolamento tramite iniezione di ossigeno e le tecnologie di bonding. In questo processo tecnico, l'ossigeno iniettato viene utilizzato come strato barriera di assottigliamento, mentre lo strato di ossigeno sepolto è uno strato di ossidazione termica. Pertanto, migliora simultaneamente parametri come l'uniformità del silicio superficiale e la qualità dello strato di ossigeno sepolto.
I wafer di silicio SOI prodotti con metodi tecnici diversi presentano parametri prestazionali diversi e sono adatti a diversi scenari applicativi.
Di seguito è riportata una tabella riassuntiva dei principali vantaggi prestazionali dei wafer di silicio SOI, combinati con le loro caratteristiche tecniche e gli scenari applicativi reali. Rispetto al silicio tradizionale, i wafer SOI offrono vantaggi significativi nel rapporto tra velocità e consumo energetico. (Nota: le prestazioni dei wafer FD-SOI a 22 nm sono prossime a quelle dei wafer FinFET e il costo è ridotto del 30%).
| Vantaggio in termini di prestazioni | Principio tecnico | Manifestazione specifica | Scenari applicativi tipici |
| Bassa capacità parassita | Lo strato isolante (BOX) blocca l'accoppiamento di carica tra dispositivo e substrato | Velocità di commutazione aumentata del 15%-30%, consumo energetico ridotto del 20%-50% | 5G RF, chip di comunicazione ad alta frequenza |
| Corrente di dispersione ridotta | Lo strato isolante sopprime i percorsi di corrente di dispersione | Corrente di dispersione ridotta di >90%, durata della batteria prolungata | Dispositivi IoT, Elettronica indossabile |
| Resistenza alle radiazioni migliorata | Lo strato isolante blocca l'accumulo di carica indotto dalle radiazioni | La tolleranza alle radiazioni è migliorata di 3-5 volte, i ribaltamenti dovuti a singoli eventi sono stati ridotti | Veicoli spaziali, apparecchiature per l'industria nucleare |
| Controllo dell'effetto canale corto | Uno strato sottile di silicio riduce l'interferenza del campo elettrico tra drain e source | Stabilità della tensione di soglia migliorata, pendenza sottosoglia ottimizzata | Chip logici di nodo avanzati (<14nm) |
| Gestione termica migliorata | Lo strato isolante riduce l'accoppiamento di conduzione termica | Accumulo di calore ridotto del 30%, temperatura di esercizio inferiore di 15-25°C | Circuiti integrati 3D, elettronica automobilistica |
| Ottimizzazione ad alta frequenza | Capacità parassita ridotta e mobilità dei portatori migliorata | Ritardo inferiore del 20%, supporta l'elaborazione del segnale >30 GHz | Comunicazione mmWave, chip di comunicazione satellitare |
| Maggiore flessibilità di progettazione | Non è richiesto alcun drogaggio, supporta il back biasing | 13%-20% in meno di passaggi di processo, densità di integrazione superiore del 40% | Circuiti integrati a segnale misto, sensori |
| Immunità a scatto | Lo strato isolante isola le giunzioni PN parassite | Soglia di corrente di latch-up aumentata a >100mA | Dispositivi di potenza ad alta tensione |
Riassumendo, i principali vantaggi dell'SOI sono: è più veloce e più efficiente dal punto di vista energetico.
Grazie a queste caratteristiche prestazionali, l'SOI trova ampie applicazioni in settori che richiedono eccellenti prestazioni in termini di frequenza e consumo energetico.
Come mostrato di seguito, in base alla proporzione di campi di applicazione corrispondenti a SOI, si può notare che i dispositivi RF e di potenza rappresentano la stragrande maggioranza del mercato SOI.
| Campo di applicazione | Quota di mercato |
| RF-SOI (radiofrequenza) | 45% |
| Potenza SOI | 30% |
| FD-SOI (completamente esaurito) | 15% |
| SOI ottico | 8% |
| Sensore SOI | 2% |
Con la crescita di mercati quali la comunicazione mobile e la guida autonoma, si prevede che anche i wafer di silicio SOI manterranno un certo tasso di crescita.
XKH, leader nell'innovazione nella tecnologia dei wafer Silicon-On-Insulator (SOI), offre soluzioni SOI complete, dalla ricerca e sviluppo alla produzione in serie, utilizzando processi produttivi all'avanguardia. Il nostro portfolio completo include wafer SOI da 200 mm/300 mm nelle varianti RF-SOI, Power-SOI e FD-SOI, con rigorosi controlli di qualità che garantiscono un'eccezionale costanza delle prestazioni (uniformità di spessore entro ±1,5%). Offriamo soluzioni personalizzate con spessori di strato di ossido sepolto (BOX) che vanno da 50 nm a 1,5 μm e diverse specifiche di resistività per soddisfare requisiti specifici. Grazie a 15 anni di esperienza tecnica e a una solida supply chain globale, forniamo in modo affidabile materiali di substrato SOI di alta qualità ai principali produttori di semiconduttori in tutto il mondo, consentendo innovazioni all'avanguardia nei chip per le comunicazioni 5G, l'elettronica automobilistica e le applicazioni di intelligenza artificiale.
XKH's wafer SOI:
Data di pubblicazione: 24-04-2025