Nella catena industriale dei semiconduttori, in particolare nella catena industriale dei semiconduttori di terza generazione (semiconduttori ad ampio gap di banda), ci sono substrati eepitassialestrati. Qual è il significato diepitassialestrato? Qual è la differenza tra substrato e substrato?
Il substrato è awaferrealizzato con materiali semiconduttori monocristallini. Il substrato può entrare direttamente nelwafercollegamento di produzione per produrre dispositivi a semiconduttore, oppure può essere elaborato daepitassialeprocesso per produrre wafer epitassiali. Il substrato è il fondo delwafer(taglia il wafer, puoi ottenere un die dopo l'altro, e poi impacchettarlo per diventare il leggendario chip) (infatti, il fondo del chip è generalmente placcato con uno strato di oro posteriore, utilizzato come connessione di "terra", ma è realizzato nel processo posteriore) e la base che svolge l'intera funzione di supporto (il grattacielo nel chip è costruito sul substrato).
L'epitassia si riferisce al processo di crescita di un nuovo cristallo singolo su un substrato monocristallino che è stato accuratamente lavorato mediante taglio, molatura, lucidatura, ecc. Il nuovo cristallo singolo può essere dello stesso materiale del substrato oppure può essere un materiale diverso (omepitassiale o eteroepitassiale).
Poiché lo strato monocristallino appena formato cresce lungo la fase cristallina del substrato, viene chiamato strato epitassiale (solitamente spesso diversi micron. Prendiamo il silicio come esempio: il significato della crescita epitassiale del silicio è quello di far crescere uno strato di cristallo con una buona integrità della struttura reticolare su un substrato di silicio monocristallo con un certo orientamento del cristallo e resistività e spessore diversi rispetto al substrato), e il substrato con lo strato epitassiale è chiamato wafer epitassiale (wafer epitassiale = strato epitassiale + substrato). La produzione del dispositivo viene effettuata sullo strato epitassiale.
L’epitassialità si divide in omoepitassialità ed eteroepitassialità. L'omeitassialità consiste nel far crescere uno strato epitassiale dello stesso materiale del substrato sul substrato. Qual è il significato dell'omoepitassialità? – Migliorare la stabilità e l’affidabilità del prodotto. Sebbene l'omoepitassialità significhi far crescere uno strato epitassiale dello stesso materiale del substrato, sebbene il materiale sia lo stesso, può migliorare la purezza del materiale e l'uniformità della superficie del wafer. Rispetto ai wafer lucidati trattati mediante lucidatura meccanica, il substrato lavorato mediante epitassialità presenta un'elevata planarità superficiale, un'elevata pulizia, meno microdifetti e meno impurità superficiali. Pertanto, la resistività è più uniforme ed è più facile controllare i difetti superficiali come particelle superficiali, difetti di impilamento e dislocazioni. L'epitassia non solo migliora le prestazioni del prodotto, ma ne garantisce anche la stabilità e l'affidabilità.
Quali sono i vantaggi di realizzare un altro strato di atomi di silicio epitassiale sul substrato del wafer di silicio? Nel processo CMOS al silicio, la crescita epitassiale (EPI, epitassiale) sul substrato del wafer è una fase del processo molto critica.
1. Migliora la qualità del cristallo
Difetti e impurità iniziali del substrato: il substrato del wafer può presentare alcuni difetti e impurità durante il processo di produzione. La crescita dello strato epitassiale può generare uno strato di silicio monocristallino di alta qualità, con pochi difetti e con una concentrazione di impurità sul substrato, che è molto importante per la successiva produzione del dispositivo. Struttura cristallina uniforme: la crescita epitassiale può garantire una struttura cristallina più uniforme, ridurre l'influenza dei bordi dei grani e dei difetti nel materiale del substrato e quindi migliorare la qualità cristallina dell'intero wafer.
2. Migliorare le prestazioni elettriche
Ottimizza le caratteristiche del dispositivo: facendo crescere uno strato epitassiale sul substrato, la concentrazione del drogante e il tipo di silicio possono essere controllati con precisione per ottimizzare le prestazioni elettriche del dispositivo. Ad esempio, il drogaggio dello strato epitassiale può regolare con precisione la tensione di soglia e altri parametri elettrici del MOSFET. Riduzione della corrente di dispersione: gli strati epitassiali di alta qualità hanno una densità di difetti inferiore, il che aiuta a ridurre la corrente di dispersione nel dispositivo, migliorando così le prestazioni e l'affidabilità del dispositivo.
3. Supporta nodi di processo avanzati
Riduzione delle dimensioni delle funzionalità: nei nodi di processo più piccoli (come 7 nm, 5 nm), le dimensioni delle funzionalità del dispositivo continuano a ridursi, richiedendo materiali più raffinati e di alta qualità. La tecnologia di crescita epitassiale può soddisfare questi requisiti e supportare la produzione di circuiti integrati ad alte prestazioni e ad alta densità. Migliorare la tensione di rottura: lo strato epitassiale può essere progettato per avere una tensione di rottura più elevata, che è fondamentale per la produzione di dispositivi ad alta potenza e alta tensione. Ad esempio, nei dispositivi di potenza, lo strato epitassiale può aumentare la tensione di rottura del dispositivo e aumentare il raggio d'azione sicuro.
4. Compatibilità del processo e struttura multistrato
Struttura multistrato: la tecnologia di crescita epitassiale consente la crescita di strutture multistrato su un substrato e strati diversi possono avere concentrazioni e tipi di drogaggio diversi. Ciò è molto utile per produrre dispositivi CMOS complessi e ottenere l'integrazione tridimensionale. Compatibilità: il processo di crescita epitassiale è altamente compatibile con i processi di produzione CMOS esistenti e può essere facilmente integrato nei processi di produzione esistenti senza modificare in modo significativo le linee di processo.
Orario di pubblicazione: 16 luglio 2024