摘要：主要讨论了SOI集成技术及其发展前景，介绍了SOl技术在VLSI应用方面的优越性以及在微电子领域中的广泛应用。

　　关键词：S0I技术；S0I材料；SOIIC

　　1 前言

　　微电子技术发展至今已进入0．13μm生产水平和0．07μm的研究水平。以DRAM产品为代表的集成度已达到亿级水平。微处理器为代表的工作频率已达GHz级水平。高性能、高水平、更高集成度、多功能IC的研发迫切需要新结构、新器件的不断涌现。特别是军事应用的需求迫在眉睫。现代战争中，军事装备高度电子化、信息化、智能化的特点更需我们加速新技术、新器件的研发和应用。SOI技术就是其中应渤D以重视和重点研发的技术和器件之一。

　　SOI技术的出现虽然已有三十多年，但是取得突破性进展是在20世纪80年代后期。最初人们仅认为SOI技术有可能替代在特殊场合应用的SOS(Silicon-on-Sapphire)技术。然而，由于发现薄膜SOI MOSFET具有极好的按比例缩小性质，使得SOI技术在深亚微米VLSI中的应用有极大的吸引力，潜力很深。最后，SOI技术和器件的研发取得了惊人的发展，已从首次激光再结晶实验发展到CMOS／SIMOX 512kb SRAM及IBM公司推出的以硅基SOI微电子主流技术的高速、低功耗微处理器。目前，soI技术已走向商业化实用阶段，并在继续深化它的应用领域，特别是应用于低压、低功耗电路、高频微波电路以及耐高温、抗辐照微电子器件和微电子电路等。

　　用SOI技术制作的器件比体硅器件更具优越性。被国际上公认为“21世纪的硅集成电路技术”，前景一片看好。

　　2 S0I技术

　　微电子技术的发展与进步，主要是靠工艺技术的不断改进和器件结构的不断创新，使得器件特征尺寸不断缩小，集成度不断提高，功耗降低，性能提高。

　　当前微电子产品的核心是以硅基CMOS工艺技术为主流的数字集成电路。到2005年，微电子工艺技术将完全有能力生产工作频率高达3．5GHz、集成度达1．4亿晶体管的SOC。2010年将诞生集成度为10亿晶体管、速度为10万MIPS的微处理器。2014年，这种能力将上升到13．5GHz、43亿晶体管的高水平时代。

　　另一个代表性的产品DRAM的发展也十分迅速，10年内，DRAM从0．25μm(256Mb DRAM)提高到0．07μm(64Gb DRAM)。2010年以后，硅微电子技术的发展极限将进一步受到严厉地挑战，而SOI技术却是可以接受挑战的技术之一。在仍将以硅基CMOS工艺技术为主流的21世纪，SOI技术将与硅基CMOSI艺技术争夺主流技术的霸主地位。谁主沉浮，拭目以待。

　　2．1 SOI材料

　　SOI材料是指在绝缘层上生长一层具有一定厚度的单晶硅薄膜的材料。该材料可实现完全的介质隔离，与有P-N结隔离的体硅相比，具有无闭锁、高速度、低功耗、集成度高，耐高温等特点。近几年，SOI材料完整性不断提高，已先后于1989年和1991年制做出64kb和256kb静态随机存储器，1998年8月，IBM公司宣布在SOI材料上研制出了高性能的微处理器芯片。其中发展较快的有注氧隔离硅(SIMOX)、背面刻蚀与键合的S0I(BES01)和SMART-CUT等三类材料。BESOI材料中的缺陷密度低，更接近传统硅片，但界面缺陷和顶层硅的厚度不易控制；相比而言，SIMOX材料缺陷密度较高，但表面硅层和埋层二氧化硅厚度可精细控制，与现行集成电路工艺匹配较好：SMART-CUT材料是利用H+离子注入，在硅片中形成气泡层，经与另一支撑片键合后，进行高温热处理，使注氢片从气泡层处裂开，最后经化学机械抛光后，得到高质量的SOI材料。现在法国SOITEC公司可批量提供150mm、200mm的SMART-CUT片。此外，ELTRAN技术通过处延生长SOI层，膜厚控制容易，可生长小于50nm的超薄层。氢退火可提高硅表面微粗糙度。佳能公司已利用该技术商业化生产150mm和200mm ELTRAN片，并在1998年的固态器件和材料国际会议上，展示了采用ELTRAN技术研制的300mmSOI片。目前，降低成本是SOI材料的主要奋斗目标。

　　SOI材料性能好，成本低，与体硅集成电路工艺完全相容，它完全可以继承体硅材料与体硅集成电路迄今所取得的巨大成就，还具有自己独特的优势。

　　2．2 SOI制造技术简介

　　SOI材料是开发SOI器件和电路的基础，目前已发展了多种制备技术，有：同质外延和异质外延技术，非晶硅与多晶硅再结晶技术，硅片键合(SDB)技术和单晶硅的氧化与SiO2隔离技术，归纳起来如表1所示。
                    
    SIMOX和SDB这两种技术比较成熟，制备的SOI材料质量好，成本较低，并已在各种类型的集成电路中得到广泛的应用。

　　2．3 SOI晶圆片的主要技术要求

　　2001年版ITRS半导体技术发展蓝图中公布的有关SOI晶圆片的主要技术要求如表2(近期内)和表3(长期)所示。