En la cadena industrial de semiconductores, especialmente en la cadena industrial de semiconductores de tercera generación (semiconductores de banda ancha), la distinción entre sustrato y capa epitaxial es crucial.
¿Cuál es la importancia de la capa epitaxial? ¿Cuál es la diferencia entre ella y el sustrato?
En primer lugar, el sustrato es una oblea hecha de material monocristalino semiconductor que puede utilizarse como entrada directa en el proceso de fabricación de oblas para producir dispositivos semiconductores,o puede ser procesado por el proceso epitaxial para producir obleas epitaxialEl sustrato es la base de la oblea, ubicada en la capa inferior, y sostiene toda la oblea.y después del embalajeEl sustrato es la base en la parte inferior del chip, y la compleja estructura del chip está construida sobre esta base.
En segundo lugar, la epitaxia se refiere al crecimiento de una nueva capa de un solo cristal en un sustrato de un solo cristal finamente procesado.Este nuevo cristal único puede ser el mismo que el material del sustrato o un material diferenteComo la nueva capa de cristal único crece de acuerdo con la fase cristalina del sustrato, se llama capa epitaxial.Su grosor suele ser de varios micronesTomando el silicio como ejemplo, el significado del crecimiento epitaxial del silicio es crecer una sola capa cristalina con una buena estructura cristalina con la misma orientación cristalina, resistividad diferente,y espesor en un sustrato de silicio monocristalino con una orientación cristalina específica.
El sustrato después del crecimiento epitaxial se llama una oblea epitaxial, y su estructura se puede expresar como una capa epitaxial más un sustrato.El proceso de fabricación del dispositivo se realiza en la capa epitaxial.
La epitaxia se divide en homoepitaxial y heteroepitaxial.La importancia del homoepitaxial es mejorar la estabilidad y fiabilidad del producto.Aunque la capa homoepitaxial está hecha del mismo material que el sustrato, la pureza del material y la uniformidad de la superficie de la oblea se pueden mejorar mediante el tratamiento epitaxial.En comparación con la oblea pulida con pulido mecánico, la superficie del sustrato tratada con tratamiento epitaxial tiene una mayor planitud, una mayor limpieza, menos microdefectos y menos impurezas superficiales, por lo que la resistividad es más uniforme,y es más fácil controlar defectos como las partículas superficiales, fallas de apilamiento y dislocaciones.
Epitaxy no sólo mejora el rendimiento del producto, sino que también garantiza la estabilidad y fiabilidad del producto.el crecimiento epitaxial en el sustrato de la oblea es un paso crucial del proceso.
1Mejorar la calidad del cristal: Los defectos e impurezas del sustrato inicial se pueden mejorar mediante el crecimiento de la capa epitaxial.El sustrato de la oblea puede producir ciertos defectos e impurezas durante el proceso de fabricaciónEl crecimiento de la capa epitaxial puede generar una capa de silicio de cristal único de alta calidad, baja en defectos y concentración de impurezas en el sustrato.que es crucial para la fabricación posterior del dispositivo.
2Estructura cristalina uniforme: el crecimiento epitaxial puede garantizar la uniformidad de la estructura cristalina y reducir la influencia de los límites de grano y defectos en el material del sustrato,Mejorando así la calidad cristalina de toda la oblea.
3Mejorar el rendimiento eléctrico y optimizar las características del dispositivo: mediante el crecimiento de una capa epitaxial en el sustrato,La concentración de dopaje y el tipo de silicio pueden controlarse con precisión para optimizar el rendimiento eléctrico del dispositivo.Por ejemplo, el dopaje de la capa epitaxial puede ajustar con precisión el voltaje umbral y otros parámetros eléctricos del MOSFET.
4Reducir la corriente de fuga: las capas epitaxiales de alta calidad tienen una menor densidad de defectos, lo que ayuda a reducir la corriente de fuga en el dispositivo, mejorando así el rendimiento y la fiabilidad del dispositivo.
5. Soporte de nodos de proceso avanzados y reducción del tamaño de las características: en nodos de proceso más pequeños (como 7nm y 5nm), el tamaño de las características del dispositivo continúa reduciéndose,que requieren materiales más refinados y de alta calidadLa tecnología de crecimiento epitaxial puede satisfacer estos requisitos y apoyar la fabricación de circuitos integrados de alto rendimiento y alta densidad.
6Mejorar el voltaje de ruptura: la capa epitaxial puede diseñarse para tener un voltaje de ruptura más alto, que es crítico para la fabricación de dispositivos de alta potencia y alta tensión.en dispositivos de potencia, la capa epitaxial puede aumentar el voltaje de ruptura del dispositivo y aumentar el rango de funcionamiento seguro.
7Compatibilidad de procesos y estructura multicapa: la tecnología de crecimiento epitaxial permite el crecimiento de estructuras multicapa en el sustrato,y las diferentes capas pueden tener diferentes concentraciones y tipos de dopajeEsto es muy útil para fabricar dispositivos CMOS complejos y lograr la integración tridimensional.
8Compatibilidad: The epitaxial growth process is highly compatible with existing CMOS manufacturing processes and can be easily integrated into existing manufacturing processes without significantly modifying the process lines.
