Porque precisamos de fazer epitaxia em substratos de wafer de silício?

Na cadeia industrial de semicondutores, especialmente na cadeia industrial de semicondutores de terceira geração (semicondutores de banda larga), a distinção entre substrato e camada epitaxial é crucial.

Qual é o significado da camada epitaxial? Qual é a diferença entre ela e o substrato?

Em primeiro lugar, o substrato é uma bolacha feita de material semicondutor de cristal único, que pode ser utilizada como entrada direta no processo de fabricação de bolachas para produzir dispositivos semicondutores,ou pode ser processado pelo processo epitaxial para produzir wafers epitaxialO substrato é a base da bolacha, localizada na camada inferior, e suporta toda a bolacha.e após a embalagemO substrato é a base na parte inferior do chip, e a estrutura complexa do chip é construída sobre esta base.

Em segundo lugar, a epitaxia refere-se ao crescimento de uma nova camada de cristal único em um substrato de cristal único finamente processado.Este novo cristal único pode ser o mesmo que o material do substrato ou um material diferenteUma vez que a nova camada de cristal único cresce de acordo com a fase cristalina do substrato, ela é chamada de camada epitaxial.Sua espessura é geralmente de vários micronsTomando o silício como exemplo, a importância do crescimento epitaxial do silício é crescer uma única camada cristalina com uma boa estrutura cristalina com a mesma orientação cristalina, diferentes resistividade,e espessura em um substrato de silício monocristalino com uma orientação cristalina específica.

O substrato após o crescimento epitaxial é chamado de bolacha epitaxial, e sua estrutura pode ser expressa como uma camada epitaxial mais um substrato.O processo de fabrico do dispositivo é realizado na camada epitaxial.

A epitaxia é dividida em homoepitaxial e heteroepitaxial.A importância do homoepitaxial é melhorar a estabilidade e a fiabilidade do produto.Embora a camada homoepitaxial seja feita do mesmo material que o substrato, a pureza do material e a uniformidade da superfície da bolacha podem ser melhoradas através de tratamento epitaxial.Em comparação com a bolacha polida com polimento mecânico, a superfície do substrato tratada com tratamento epitaxial tem uma maior planície, uma maior limpeza, menos micro-defeitos e menos impurezas na superfície, pelo que a resistividade é mais uniforme,e é mais fácil controlar defeitos como partículas de superfície, falhas de empilhamento e luxações.

A epitaxia não só melhora o desempenho do produto, mas também garante a estabilidade e confiabilidade do produto.O crescimento epitaxial no substrato da bolacha é uma etapa crucial do processo.

1Melhorar a qualidade do cristal: Os defeitos e impurezas do substrato inicial podem ser melhorados pelo crescimento da camada epitaxial.O substrato da bolacha pode produzir certos defeitos e impurezas durante o processo de fabricoO crescimento da camada epitaxial pode gerar uma camada de silício de cristal único de alta qualidade, com baixo defeito e concentração de impurezas no substrato,que é crucial para a fabricação subsequente do dispositivo.

2Estrutura cristalina uniforme: o crescimento epitaxial pode assegurar a uniformidade da estrutura cristalina e reduzir a influência dos limites dos grãos e dos defeitos no material do substrato,Melhorando assim a qualidade cristalina de toda a bolacha.

3Melhorar o desempenho elétrico e otimizar as características do dispositivo:A concentração de dopagem e o tipo de silício podem ser controlados com precisão para otimizar o desempenho elétrico do dispositivo.Por exemplo, a dopagem da camada epitaxial pode ajustar com precisão a tensão de limiar e outros parâmetros elétricos do MOSFET.

4. Reduzir a corrente de fuga: camadas epitaxial de alta qualidade têm menor densidade de defeito, o que ajuda a reduzir a corrente de fuga no dispositivo, melhorando assim o desempenho e a confiabilidade do dispositivo.

5Suporte a nós de processo avançados e reduzir o tamanho do recurso: em nós de processo menores (como 7nm e 5nm), o tamanho do recurso do dispositivo continua a encolher,Requerendo materiais mais refinados e de alta qualidadeA tecnologia de crescimento epitaxial pode satisfazer estes requisitos e apoiar a fabricação de circuitos integrados de alto desempenho e alta densidade.

6. Melhorar a tensão de quebra: a camada epitaxial pode ser projetada para ter uma tensão de quebra mais alta, o que é crítico para a fabricação de dispositivos de alta potência e alta tensão.em dispositivos de potência, a camada epitaxial pode aumentar a tensão de ruptura do dispositivo e aumentar a faixa de funcionamento segura.

7Compatibilidade de processo e estrutura multicamadas: a tecnologia de crescimento epitaxial permite o crescimento de estruturas multicamadas no substrato,e diferentes camadas podem ter diferentes concentrações e tipos de dopingIsto é muito útil para a fabricação de dispositivos CMOS complexos e para alcançar a integração tridimensional.

8Compatibilidade: 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.