绝缘体上硅（SOI）技术——制造及应用

绝缘体上硅（SOI）互补金属氧化物半导体（CMOS）技术，从利基市场开始发展，现在已经达到了成熟阶段。在20世纪80年代初，开发这一技术主要是针对辐射加固（军用）及功率应用。SOI的广泛采用，是20世纪90年代末由集成器件制造商（IDM）在高性能的计算机应用开始的。目前，SOI技术正在向基于常规的体硅CMOS的射频、模拟、通用、超低功耗计算机、光电子、存储器以及MEMS（微机电系统）等各种电路的市场进军。例如，2012年，已经有超过60%的移动应用装置以及超过80%的游戏机，是采用SOI芯片制造的。在近几年，其已经发展成为一个完整的CMOS生态系统。这个生态系统基于多年来晶圆片供应链中三个主要的SOI晶圆片公司（Soitec，SEH，SunEdison），它们生产的SOI晶圆片总产量达到每年250万片（在1～2年内可能还会翻一番）。这个生态系统还包括SOI的工艺代工线（ARM、UMC、GlobaJ Foundry、ST Microelec-tronics），以及知识产权（IP）核心库提供单位（ARM、IBM）和电子设计自动化（EDA）工具公司（Synopsys、Cadence、Mentor Graphics），ITRS（国际半导体技术蓝图）增加了在IT中采用的SOI技术，并且提供不同应用的SOI发展蓝图。大多数CMOS制造商在他们的SOI解决方案中，都有未来的产品研发计划。
　　SOI的优势是什么呢？可以作如下概括：
　　·同相应的体硅技术相比，无论是速度还是功耗，性能均有提高；
　　·SOI具有更好的缩比性，使芯片面积更小；
　　·SOI能简化加工工艺；
　　·SOI在晶圆片上容易将不同材料集成在一起。
　　2008年，全球半导体联盟（ GSA）和SOI产业联盟，进行了一项行业对SOI技术看法的在线调研（图1），认为SOI晶圆片的成本以及SOI设计知识的不完善，是制约SOI发展的主要原因。目前这些问题正在解决。过去，SOI晶圆片的价格曾达体硅晶圆片的五倍，但由于量产目前价格已显著降低了。另外，SOI晶圆片的价格只是加工及封装器件的一小部分。SOI制造工艺简单的优点，抵消了较高衬底价格的缺点。
　　本书的目的是对SOI CMOS技术的进展进行全面介绍。全书分为两部分：部分介绍SOI晶圆片的制造工艺、表征及SOI器件物理；第二部分介绍相关的各种应用。全书既涉及部分耗尽SOI这样已成熟的技术，也包括全耗尽平面SOI技术、FinFET、射频、光电子、MEMS以及超低功耗应用这样一些新发展的技术。晶体管级和电路级解决方案也均有涉及。我们将这本书的解决方案限定在32~14nm技术节点的范围，并将应用限定在技术成熟到足以实现批量生产的范围。
　　我们要感谢Woodhead出版社的Francis Dodds、Laura Pugh以及Steven Mat-thews，感谢他们为本书的成功出版所做的工作。