近日，上海微系统所魏星研究员团队在300 mm SOI晶圆制造技术方面取得突破性进展，制备出了国内第一片300 mm 射频（RF）SOI晶圆。团队基于集成电路材料全国重点实验室300 mm SOI研发平台，依次解决了300 mm RF-SOI晶圆所需的低氧高阻晶体制备、低应力高电阻率多晶硅薄膜沉积、非接触式平坦化等诸多核心技术难题，实现了国内300mm SOI制造技术从无到有的重大突破。
为制备适用于300 mm RF-SOI的低氧高阻衬底，团队自主开发了耦合横向磁场的三维晶体生长传热传质模型，并首次揭示了晶体感应电流对硅熔体内对流和传热传质的影响机制以及结晶界面附近氧杂质的输运机制，相关成果分别发表在晶体学领域的顶级期刊《Crystal growth & design》（23, 4480–4490, 2023）、《CrystEngComm》（25, 3493–3500, 2023, 封面文章）上。基于此模拟结果指导拉晶工艺，最终成功制备出了适用于300 mm RF-SOI的低氧高阻衬底，氧含量小于5 ppma，电阻率大于5000 ohm.cm，相关成果发表于《Applied Physics Letters》（122, 112102, 2023）、《Applied Physics Express》（16, 031003, 2023）。
多晶硅层用作电荷俘获层是RF-SOI中提高器件射频性能的关键技术，晶粒大小、取向、晶界分布、多晶硅电阻率等参数与电荷俘获性能有密切的关系；此外，由于多晶硅/硅的复合结构，使得硅晶圆应力极难控制。团队为制造适用于300 mm RF-SOI晶圆的多晶硅层找到了合适的工艺窗口，实现了多晶硅层厚度、晶粒尺寸、晶向和应力的人工调节，相关成果发表于《Semiconductor Science and Technology》（38, 095002, 2023）、《ECS Journal of Solid State Science and Technology》（7, P35-P37, 2018）、《Chinese Physics Letters》（34, 068101, 2017; 35, 047302, 2018）等期刊上。图1(a)展示了沉积的多晶硅薄膜表面SEM图像；图1(b)展示了多晶硅剖面TEM结构；图1(c)为多晶硅薄膜及衬底纵向电阻率分布。
