SOI 是一种用于集成电路制造的新型原材料和工艺,有望替代目前大量应用的体硅工艺。如图1(a)所示体硅MOSFET结构,相比之下,SOI工艺在衬底结构中增加了一个绝缘体夹层,其上方一层为有源硅层,而下方的硅层只是起到支撑作用,如图1(b)所示。该绝缘夹层可以由SiO2、氮化硅、Al2O3或其它绝缘材料构建,取决于具体的实现工艺。由于硅与SiO2的结合界面性能稳定,所以SiO2成为了目前常见的主流SOI绝缘层材料。SOI结构中的SiO2绝缘层,有效地减小了MOSFET漏极和源极的实际PN结面积,使得漏极和源极的反向泄漏电流大大降低,为高温性能的提升奠定了基础。另外,可通过工艺和材料的选择来加固其高温工作的可靠性。
目前,基于SOI(Silicon on Insulator,绝缘层上硅)的独特高温半导体技术,已全面突破了普通体硅半导体器件的温度困境,有效地消除了温度载流子效应对器件性能的影响。通过对SOI器件进行适当的构造和工艺设计,如尽可能减少源漏间结面积和耗尽区宽度,可大幅地减小了反向泄漏电流,极大地提升器件的各项高温性能;同时采用高激活能材料的金属系统,实施钝化膜保护工艺等等,可大幅地提高器件的高温可靠性;目前,基于SOI工艺的半导体器件,商业实现普遍做到了225°C,部分研发实现了300°C,少数前沿探索正在向400°C的稳定实现演进。高温SOI技术已被广泛应用于石油钻探、航空航天、国防装备等尖端领域。
- SiC和GaN器件的特性