Silício no isolador

O silício no isolador (em inglês  : SOI ou silício no isolador ) é uma estrutura que consiste em uma pilha de uma camada de silício (50 nm a alguns mícrons de espessura) em uma camada isolante. Este isolante pode ser safira ( Silicon-On-Sapphire ), ar ( Silicon-On-Nothing ) ou dióxido de silício (SiO 2 ).

Essa tecnologia é uma alternativa promissora ao silício bruto na produção de transistores operando em altas frequências. Na verdade, apesar de seu custo de desenvolvimento ser 10% superior ao das tecnologias convencionais em substrato sólido, o ganho de desempenho é avaliado entre 20 e 35%. As frequências de corte são superiores a 150 GHz para a tecnologia de 130 nm. Com o uso de substratos de alta resistência, as perdas são reduzidas e o desempenho aumenta, principalmente em termos de ruído de micro-ondas. Assim, o desempenho de frequência de dispositivos fabricados com tecnologias de silício deve ser revisado para cima. É geralmente aceito que a tecnologia SOI possibilita o ganho de uma geração de chips.

A tecnologia SOI possui vários processos industriais que foram desenvolvidos para produzir um filme de silício sobre uma camada isolante. O mais antigo é SOS ou Silicon-On-Sapphire. Desde a década de 1980 , outras técnicas foram desenvolvidas e se tornaram padrões da indústria. Os dois processos principais são SIMOX e BSOI . uma técnica derivada da qual é a tecnologia Smart Cut da Soitec . Essas técnicas de fabricação mais recentes atualmente dominam o mercado de SOI, notadamente a técnica Smart Cut, que representa cerca de 90% da produção atual de SOI.

Princípio

A abordagem SOI consiste em interpor uma fina camada isolante de óxido de silício entre a epi-camada e o substrato de silício.

Para germinar a epi-camada, recorremos à epitaxia (ou seja, o processo que permite que os átomos que se depositam sejam colocados corretamente, para se organizarem em um único cristal contínuo e sem defeitos nas interfaces).

A implementação é delicada porque é necessário respeitar a continuidade do substrato de silício. A ideia é criar o isolamento dentro do silício por uma técnica chamada SIMOX (ou Separação por Implantação de Oxigênio, uma injeção de oxigênio purificado em altíssima temperatura).

Histórico

• 1963: Síntese de SiO2 por implantação de oxigênio;
• 1964: Início da tecnologia SOS;
• 1976/1978: HP / Toshiba lança microprocessadores CMOS SOS de 16 bits;
• 1978: Nascimento do processo SIMOX desenvolvido por Izumi na NTT;
• 1982: Primeira memória SRAM de 1kB criada na NTT;
• 1987: a HP produz circuitos CMOS SOI completamente esgotados  ;
• 1988:
  • Circuitos CMOS de 2 GHz totalmente esgotados da Hewlett-Packard  ;
  • O LETI cria um microprocessador de 16 bits em SIMOX;
• 1989: AT&T percebe um circuito CMOS completamente esgotado a 6,2 GHz;
• 1991:
  • MOSFET FT SOI de 14 GHz produzido pela Westinghouse;
  • Nascimento do processo Smart Cut desenvolvido por Michel Bruel no LETI ( Laboratório de Eletrônica de Tecnologia da Informação );
• 1993: 23 GHz fT SOI MOSFET produzido pela Westinghouse;
• 1994: LETI cria um microprocessador de 32 bits no SIMOX. Tecnologia 0,35 µm;
• 1997: tecnologia de 250 nm. PowerPC de 32 bits criado em Tecnologia de 0,25 µm pela IBM;
• 1998: PowerPC de 64 bits criado pela IBM  ;
• 2001: tecnologia de 120 nm. fT e fmax ~ 150 GHz para um SOI nFET com efetivo Lg ~ 70 nm;
• 2002: O menor transistor do mundo criado pela IBM. Lg ~ 6nm e tsi ~ 6nm;
• 2003: tecnologia de 90 nm. Aliança da IBM e AMD para a criação de dispositivos em tecnologia 65nm para 2005.
• 2004: SOITEC e ASM produzem wafers SOI com 300 mm de diâmetro. Marketing pela AMD de processadores Opteron e Athlon de 64 bits em tecnologia de 130 nm e 90 nm;
• 2005: tecnologia de 65 nm em desenvolvimento.

Jogadoras

Os principais participantes no campo dos substratos SOI são apresentados a seguir. Para as principais indústrias, a marca do produto e / ou o diâmetro máximo da fatia são mostrados entre parênteses. Para obter mais informações, o leitor pode consultar os sites desses fundadores.

• SOS: Peregrine (UTSi), Kyocera, Union Carbide, Asahi kasei;
• ZMR: Mitsubishi  ;
• SIMOX: IBIS (Advantox MLD-UT, 300 mm), SUMCO (200 mm), IBM (300 mm), NSC, Komatsu;
• BSOI: Soitec (Unibond, 300 mm), Canon (Eltran, 300 mm), SiGen (Nanocleave, 300 mm), Shin-Etsu Handotai (Unibond, 300 mm), Ultrasil Corporation (200 mm), Sumco (150 mm), Isonics (200 mm), OKMETIC (200 mm), BCO, Hughes, SiBond.

A empresa francesa Soitec detém atualmente cerca de 80% do mercado global de SOI. Um mercado que está em plena expansão.

Conexões

• Soitec - Site da empresa francesa Soitec (Bernin - 38).
• CEA-LETI - Site do centro de pesquisa na Internet: CEA / LETI (Grenoble - 38).
• AMDboard - Site da AMD com informações sobre tecnologia SOI.

Notas e referências

1. (em) GK Celler e S. Cristoloveanu , "  Frontiers of silicon-on-insulator  " , J Appl Phys , Vol.  93, n o  9,2003, p.  4955 ( DOI  10.1063 / 1.1558223 , ler online )
2. Patente dos Estados Unidos 6.835.633 bolachas SOI com 30-100 Ang. OX enterrado criado por colagem de wafer usando 30-100 Ang. óxido fino como camada de ligação
3. Patente dos Estados Unidos 7.002.214 Dispositivos FET de poço retrógrado super-íngreme de corpo ultrafino (SSRW)
4. MOSFET SOI de corpo ultrafino para uma era profunda abaixo do décimo mícron ; Yang-Kyu Choi; Asano, K.; Lindert, N.; Subramanian, V.; Tsu-Jae King; Bokor, J.; Chenming Hu; Cartas de dispositivos de elétrons, IEEE; Volume 21, Edição 5, maio de 2000 Página (s): 254 - 255
5. Jean Sébastien Danel, Micro Machining Of Monocrystalline Materials , p.8
6. https://www.soitec.com/en/products/smart-cut
7. Nanoinformática e Inteligência Ambiental , Jean-Baptiste Waldner , Hermes Science, London, 2006, ( ISBN  2746215160 ) , p126-p127
8. VIPpress.net Soitec lança produção em volume de wafers RF-SOI em 300 mm , (19/02/2016)