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半導体用語集

SOI技術

英語表記：Silicon On Insulator Technology

 　SOI は絶縁体層の上にSi層が形成された構造を意味する。SOI構造の製法には種々の方法が検討され、サファイヤ基板上への薄膜 Si層の気相成長（SOS : Silicon On Sapphire）がまず実用化されたが、薄膜Si層の結晶性向上に限界があり適用範囲は限定された。その後、酸化膜を介してSi基板同士を貼り合わせる貼り合わせ法（wafer bonding）、Si基板に酸素をイオン注入後、熱処理してSi基板内部にSiO₂層を形成するSIMOX法が実用化された。貼り合わせ法には構造や製造方法から誘電体分離法、PACE法（Plasma Assisted Chemical Etching）、UNIBOND、ELTRAN（Epitaxial Layer Transfer）などがある。貼り合わせSOIやSIMOXでは素子が形成される表面側のSi層を薄膜Si層、薄膜Si層下の酸化膜層は埋め込み酸化膜と呼ばれる。一部の薄膜Si層にはHF欠陥、貫通転位などの結晶欠陥が存在し、SIMOXの埋め込み酸化膜にはピンホールやSiアイランドなどの欠陥が存在する。また、三次元素子への応用を目指し、絶縁体層上に形成した多結晶Si層や非晶質Si層をレーザなどで溶融、再結晶化、あるいは固層成長しSOI構造を作製する試みがなされたが、薄膜Si層の 結晶性を改善することが困難であり、Siデバイスでの実用化には至ってい ない。しかし、石英基板を用いたTFT-LCDに実用化されている。
　SOI素子では絶縁体層上のSi層に素子を形成するが、素子活性層の直下が絶縁体層になるため、通常のバルクシリコンを用いた半導体素子にくらべ、様々な特徴がある。主な特徴として、高耐圧素子では破壊電圧が高められ、MOS素子やバイボーラ素子では寄生容量低減による動作速度の高速化、省電力化、ソフトエラー低減などの高信頼化や素子製造工程の簡略化があげられる。また、サイリスタやパワーFETのような電力素子と制御素子（小信号素子）の集積化が可能である。基板に石英などの透明基板を用いた場合、透明基板中を光が透過するため、TFT-LCDに使用され、光ICへの応用も期待されている。
　現在は高耐圧素子用の貼り合わせSOIが実用化されている。MOS素子やバイポーラ素子への適用は研究が続けられてきたが、一部のロジックデバイスの高速化や省電力化に適用された。しかし、バルク素子の設計資産がそのまま適用できない、バルクウェハにくらべ素子製造プロセスの影響を強く受けるウェハコストが、バルクウェハの10倍あるいはそれ以上など、SOIの適用範囲が広がるにはまだ解決しなければならない課題は多い。ただし、ウェハコストの低減にはPIII（Plasma Immersion Ion Implantation）法といったスループットの非常に高いSOI形成法が提案されており、今後コスト低減の可能性は大きい。

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