20世纪80年代，SOS工艺集成电路价格昂贵，并不适合普及民用，所以研究人员利用先进工艺期程技术在衬底和表面硅薄层之间嵌入一层绝缘层材料，研发出新的绝缘体上硅（SOI）材料。SOI材料的结构是表面硅薄层-二氧化硅绝缘层材料-硅衬底，集成电路制造在表面硅薄层。利用SOI 材料制造集成电路的技术称为S0I技术。无论是一般的体硅衬底晶圆还是SOS晶圆，都是在底部单晶上生长出来的，但是在氧化物上是没有办法生长出单晶的，业界制造 SOI晶圆的方法都是利用嵌入或者键和的方法形成埋层氧化物隔离顶层硅薄膜层和硅衬底。目前制造 SOI 晶圆的技术主要有三种：第一种是注入氧分离技术（Separation by Implanted Oxygen, SIMOX）；第二种是键合回刻技术（Bond and Etch-back SOI,BESOL），第三种是智能剪切技术（Smart-Cut）。
1. SIMOX 技术
SIMOX 技术是最早出现的SOI晶圆制备技术之一，它是利用离子注入技术把氧离子注入到硅中形成氧化隔离埋层，通过氧化隔离埋层隔离衬底和顶层硅薄膜层。图2-29所示为利用SIMOX 技术制备SOI 晶圆流程。图2-29a是晶圆衬底裸片；图2-29b是氧离子注入，通过高能量（200keV）把高剂量（1.8 x1018cm-2）的氧离子注入到硅晶圆，高能量注入的氧离子会分布在硅晶圆表面下方；图2-29c是高温退火，通过3~6小时的高温（1350°C）退火，硅晶圆里的氧离子和硅发生化学反应，在硅晶圆表面下方形成一层厚度小于 240nm的二氧化硅绝缘层材料。而在此二氧化硅绝缘层的上方则会产生一层结晶层，它们就组成了硅薄层-二氧化硅绝缘层材料-硅衬底的 SOI 结构。
SIMOX 技术的优点是氧化物理层（即埋层氧化物Burrier Oxide-BOX）具有比较好的均匀性，能够通过注入能量控制 BOX上面硅的厚度。另外，BOX 和顶层硅之间的界面也非常平整。但是SIMOX技术的缺点是采用此技术制备的SOI晶圆，BOX和顶层硅的厚度只能在有限的范围内进行调整。在现有技术中，采用SIMOX 技术制备的SOI 材料，BOX的厚度通常无法超过240nm，而顶层硅薄膜厚度无法超过300nm。对于240nm 的BOX，它的厚度太薄会导致顶层与衬底击穿，另外顶层硅薄膜和衬底之间的寄生电容也会相应增加。如果顶层硅薄膜厚度达不到要求时，可以再通过外延生长技术生长硅外延层增加顶层硅薄膜厚度，最后利用CMP的方法将晶圆表面磨平，去除因为外延生长的过程中在表面产生的杂质，另外还可以增加表面光滑度提高集成电路的特性，不过这样也会增加制备SOI 晶圆的成本。另外，SIMOX 技术还会造成表面薄膜的损伤，造成顶层硅薄膜的质量不如体单晶硅。埋层SiO2的质量不如热氧化生长的SiO2，SIMOX 技术还需要昂贵的大束流注氧专用离子注入机，并且要进行长时间的高温热退火，因而成本较高。
2. BESOI 技术
BESOI 技术是通过键合技术把两片晶圆紧密键合在一起，晶圆与晶圆之间形成的二氧化硅层作为氧化物埋层，再利用回刻技术把一侧的晶圆的厚度削薄到所要求的厚度后形成SOI 晶圆。
利用 BESOI 技术制备 SOI 晶圆流程如图2-30所示。图2-30a 是准备两片晶圆衬底裸片A 和裸片B；图2-30b 是对晶圆B进行热氧化处理，利用热氧化在晶圆B上生成一层二氧化硅绝缘层，同时控制氧化环境的温度使氧化层和硅层界面低缺陷和低杂质；图2-30c是把晶圆A 和晶圆B进行低温键和，利用硅熔融键合（Silicon Fusion Bonding,SFB）把另外一片未氧化的晶圆键合到氧化层上。需要三个步骤完成硅熔融键合过程，首先在低温（400°C）的环境中亲水处理两片晶圆，同时会在晶圆表面形成羟基-OH 键，再利用范德华力（Vander Walls force）把两片晶圆通过-OH 键结合，最后通过高温（1100°C）热退火驱赶氢离子，使结合的界面形成Si-O-Si键，从而加固键和；图2-30d是利用回刻技术形成顶层硅薄膜，通过回刻技术去除多余的晶圆，最后利用退火和 CMP形成平滑清洁的SOI晶圆表面。
BESOI 技术可以避免SIMOX 技术中遇到的问题（注入伤害、BOX 和顶层硅薄膜厚度不足），BESOI技术的优点在于顶部硅薄膜是体硅，不会产生由于高能离子注入造成的损伤和缺陷，BOX 是热氧化膜，它的缺陷密度和针孔密度均较低，BOX 层和顶层硅薄膜厚度可以在很大的范围内调整，但是不能得到很薄的顶部硅薄膜，另外界面缺陷和顶部硅薄膜的均匀性难以控制。BESOI 技术也需要高成本的回刻和CMP 的处理，并且在回刻时会耗费很多晶圆材料，不可回收再利用。
3.Smart-Cut 技术
Smart-Cut技术是从 BESOI 技术衍生而来，先准备两片硅晶圆，利用热氧化在一片晶圆生成一层二氧化硅绝缘层，再通过离子注入将剂量大约1.8 x1018cm-2的氢离子注入该硅晶圆衬底，这是处理一片晶圆的过程，另外一片晶圆不需要经过特别加工。后序工艺步骤与BESOI 技术类似，把两片晶圆键和。两片晶圆键合以后，再经400~600°C的热反应，有氢离子注入的晶圆会因为存在氢离子的缘故而在富含氢离子的位置产生断裂，并在断裂面和氧化层间形成一层硅薄膜层。最后，再通过高温（1100°C）驱赶氢离子，使结合的界面形成Si-0-Si键，从而强化化学键，提升硅薄膜层的品质，同时，也对表面进行CMP 处理。
利用 Smart-Cut 技术制备 SOI 晶圆流程如图2-31 所示，图2-31a 是准备两片晶圆衬底裸片A和裸片 B；图2-31b是对晶圆B进行热氧化和氢离子注入处理；图2-31c是把晶圆A和晶圆B进行低温键合；图2-31d 是利用热反应剥离晶圆B形成顶层硅薄膜，利用高温热退火加固键合，以及 CMP处理。
与BESOI 技术类似，Smart-Cut 技术的优点在于顶部硅薄膜是体硅，BOX 是热氧化膜，BOX层和顶层硅薄膜厚度可以在很大的范围内调整，可以利用离子注入的能量来控制顶部硅薄膜厚度，所以可以得到厚度很薄、均匀性很好的顶部硅薄膜。另外，剥离的晶圆材料还可以重复利用，它可以有效地降低成本。利用Smart-Cut技术制备SOI 晶圆是目前最通用、最廉价的技术，业界提供 Smart-Cut 技术的公司是法国的 Soitec 公司。
