Dans la chaîne industrielle des semi-conducteurs, en particulier dans la chaîne industrielle des semi-conducteurs de troisième génération (semi-conducteurs à large bande), la distinction entre le substrat et la couche épitaxielle est cruciale.
Quelle est la signification de la couche épitaxienne? Quelle est la différence entre elle et le substrat?
Tout d'abord, le substrat est une gaufre faite d'un matériau monocristallin semi-conducteur, qui peut être utilisée comme entrée directe dans le processus de fabrication des gaufres pour produire des dispositifs semi-conducteurs,ou il peut être traité par le procédé épitaxial pour produire des plaquettes épitaxiennesLe substrat est la base de la gaufre, située à la couche inférieure, et soutient l'ensemble de la gaufre.et après emballageLe substrat est la base au bas de la puce, et la structure complexe de la puce est construite sur cette base.
Deuxièmement, l'épitaxie fait référence à la croissance d'une nouvelle couche monocristalline sur un substrat monocristalline finement traité.Ce nouveau cristal unique peut être le même que le matériau du substrat ou un matériau différentComme la nouvelle couche monocristalline se développe en fonction de la phase cristalline du substrat, elle est appelée couche épitaxielle.Son épaisseur est généralement de plusieurs micronsEn prenant le silicium comme exemple, l'importance de la croissance épitaxielle du silicium est de faire pousser une seule couche cristalline avec une bonne structure cristalline avec la même orientation cristalline, une résistivité différente,et épaisseur sur un substrat monocristallin de silicium avec une orientation cristalline spécifique.
Le substrat après la croissance épitaxienne est appelé plaquette épitaxienne, et sa structure peut être exprimée comme une couche épitaxienne plus un substrat.Le procédé de fabrication du dispositif est effectué sur la couche épitaxielle.
L'épitaxie est divisée en homoépitaxial et hétéroépitaxial.L'importance de l'homoépitaxial est d'améliorer la stabilité et la fiabilité du produit.Bien que la couche homoépitaxielle soit faite du même matériau que le substrat, la pureté et l'uniformité de la surface de la gaufre peuvent être améliorées par un traitement épitaxial.Comparé à la gaufre poli avec polissage mécanique, la surface du substrat traitée par traitement épitaxial est plus plate, plus propre, présente moins de micro-défauts et moins d'impuretés de surface, de sorte que la résistivité est plus uniforme,et il est plus facile de contrôler les défauts tels que les particules de surface, les failles d'empilement et les dislocations.
L'épitaxie améliore non seulement les performances du produit, mais assure également sa stabilité et sa fiabilité.la croissance épitaxielle sur le substrat de la gaufre est une étape cruciale du processus.
1Améliorer la qualité du cristal: les défauts et les impuretés du substrat initial peuvent être améliorés par la croissance de la couche épitaxienne.Le substrat de la gaufre peut produire certains défauts et impuretés au cours du processus de fabricationLa croissance de la couche épitaxienne peut générer sur le substrat une couche de silicium monocristallin de haute qualité, peu défectueuse et à forte concentration d'impuretés.qui est essentiel pour la fabrication ultérieure du dispositif.
2- Structure cristalline uniforme: la croissance épitaxienne peut assurer l'uniformité de la structure cristalline et réduire l'influence des limites des grains et des défauts dans le matériau du substrat,améliorant ainsi la qualité cristalline de l'ensemble de la gaufre.
3Améliorer les performances électriques et optimiser les caractéristiques du dispositif: en faisant pousser une couche épitaxielle sur le substrat,la concentration de dopage et le type de silicium peuvent être contrôlés avec précision pour optimiser les performances électriques du dispositifPar exemple, le dopage de la couche épitaxienne peut régler avec précision la tension de seuil et d'autres paramètres électriques du MOSFET.
4Réduire le courant de fuite: Les couches épitaxielles de haute qualité ont une densité de défaut inférieure, ce qui contribue à réduire le courant de fuite dans l'appareil, améliorant ainsi les performances et la fiabilité de l'appareil.
5. Prise en charge des nœuds de processus avancés et réduction de la taille des fonctionnalités: Dans les nœuds de processus plus petits (tels que 7nm et 5nm), la taille des fonctionnalités du dispositif continue de se rétrécir,nécessitant des matériaux plus raffinés et de meilleure qualitéLa technologie de croissance épitaxienne peut répondre à ces exigences et soutenir la fabrication de circuits intégrés à haute performance et à haute densité.
6. Améliorer la tension de rupture: la couche épitaxielle peut être conçue pour avoir une tension de rupture plus élevée, ce qui est essentiel pour la fabrication d'appareils à haute puissance et haute tension.dans les appareils de puissance, la couche épitaxienne peut augmenter la tension de rupture de l'appareil et augmenter la portée de fonctionnement sécuritaire.
7Compatibilité des procédés et structure multicouche: la technologie de croissance épitaxienne permet la croissance de structures multicouches sur le substrat,et différentes couches peuvent avoir des concentrations et des types de dopage différentsCeci est très utile pour la fabrication de dispositifs CMOS complexes et la réalisation d'une intégration tridimensionnelle.
8Compatibilité: 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.
