Dalam proses pembuatan chip, istilah “SOI” sering terdengar. Dan pembuatan chip juga biasanya menggunakan substrat SOI untuk memproduksi sirkuit terpadu. Struktur unik substrat SOI dapat meningkatkan kinerja chip secara signifikan, jadi apa sebenarnya SOI itu? Apa kelebihannya? Di bidang apa saja yang digunakan? Bagaimana cara pembuatannya?
Apa itu substrat SOI?
SOI adalah singkatan dari Silicon-On-Insulator. Secara harfiah berarti silikon pada lapisan isolasi. Struktur sebenarnya adalah terdapat lapisan isolasi ultra-tipis, seperti SiO2, pada wafer silikon. Ada lapisan silikon tipis lainnya pada lapisan isolasi. Struktur ini memisahkan lapisan silikon aktif dari lapisan silikon substrat. Dalam proses silikon tradisional, chip dibentuk langsung pada substrat silikon tanpa menggunakan lapisan isolator.
Apa kelebihan substrat SOI?
Arus kebocoran media rendah
Karena adanya lapisan isolasi silikon oksida (SiO2), secara efektif mengisolasi transistor dari substrat silikon di bawahnya. Isolasi ini mengurangi aliran arus yang tidak diinginkan dari lapisan aktif ke substrat. Arus bocor meningkat seiring suhu, sehingga keandalan chip dapat ditingkatkan secara signifikan di lingkungan bersuhu tinggi.
Mengurangi kapasitansi parasit
Dalam struktur SOI, kapasitansi parasit berkurang secara signifikan. Kapasitansi parasit sering kali membatasi kecepatan dan meningkatkan konsumsi daya, sehingga menambah penundaan ekstra selama transmisi sinyal dan mengonsumsi energi ekstra. Dengan mengurangi kapasitansi parasit ini, aplikasi biasa dilakukan pada chip berkecepatan tinggi atau berdaya rendah. Dibandingkan dengan chip biasa yang dibuat dengan proses CMOS, kecepatan chip SOI dapat ditingkatkan sebesar 15% dan konsumsi daya dapat dikurangi sebesar 20%.
Isolasi Kebisingan
Dalam aplikasi sinyal campuran, noise yang dihasilkan oleh sirkuit digital dapat mengganggu sirkuit analog atau RF, sehingga menurunkan kinerja sistem. Karena struktur SOI memisahkan lapisan silikon aktif dari substrat, struktur ini sebenarnya mencapai semacam isolasi kebisingan yang melekat. Ini berarti lebih sulit bagi noise yang dihasilkan oleh sirkuit digital untuk merambat melalui substrat ke sirkuit analog yang sensitif.
Bagaimana cara memproduksi substrat SOI?
Umumnya ada tiga metode: SIMOX, BESOI, metode pertumbuhan kristal, dll. Karena keterbatasan ruang, di sini kami memperkenalkan teknologi SIMOX yang lebih umum.
SIMOX, nama lengkap Pemisahan dengan IMplantasi OXygen, menggunakan implantasi ion oksigen dan selanjutnya anil suhu tinggi untuk membentuk lapisan silikon dioksida (SiO2) tebal dalam kristal silikon, yang berfungsi sebagai lapisan isolator struktur SOI.
Ion oksigen berenergi tinggi ditanamkan ke kedalaman tertentu di substrat silikon. Dengan mengontrol energi dan dosis ion oksigen, kedalaman dan ketebalan lapisan silikon dioksida di masa depan dapat ditentukan. Wafer silikon yang ditanamkan ion oksigen mengalami proses anil suhu tinggi, biasanya antara 1100 derajat dan 1300 derajat. Pada suhu tinggi ini, ion oksigen yang ditanamkan bereaksi dengan silikon untuk membentuk lapisan silikon dioksida yang berkesinambungan. Lapisan isolasi ini terkubur di bawah substrat silikon, membentuk struktur SOI. Lapisan silikon permukaan menjadi lapisan fungsional untuk pembuatan chip, sedangkan lapisan silikon dioksida di bawahnya bertindak sebagai lapisan isolator, mengisolasi lapisan fungsional dari substrat silikon.
Di chip manakah substrat SOI digunakan?
Mereka dapat digunakan pada perangkat CMOS, perangkat RF, dan perangkat fotonik silikon.
Berapa ketebalan umum setiap lapisan substrat SOI?
Ketebalan lapisan substrat silikon: 100μm / 300μm / 400μm / 500μm / 625μm ~ ke atas
Ketebalan SiO2: 100 nm hingga 10μm
Lapisan silikon aktif: Lebih besar dari atau sama dengan 20nm
