Dans la chaîne industrielle des semi-conducteurs, en particulier dans la chaîne industrielle des semi-conducteurs de troisième génération (semi-conducteurs à large bande interdite), il existe des substrats etépitaxialecouches. Quelle est la signification duépitaxialecouche? Quelle est la différence entre le substrat et le substrat ?
Le substrat est untranchefabriqué à partir de matériaux monocristallins semi-conducteurs. Le substrat peut entrer directement dans letranchelien de fabrication pour produire des dispositifs semi-conducteurs, ou il peut être traité parépitaxialeprocessus pour produire des tranches épitaxiales. Le substrat est le fond dutranche(coupez la plaquette, vous pouvez obtenir une puce après l'autre, puis l'emballer pour devenir la puce légendaire) (en fait, le fond de la puce est généralement plaqué d'une couche d'or arrière, utilisée comme connexion « masse », mais il est fabriqué dans le processus arrière), et la base qui assure toute la fonction de support (le gratte-ciel de la puce est construit sur le substrat).
L'épitaxie fait référence au processus de croissance d'un nouveau monocristal sur un substrat monocristallin qui a été soigneusement traité par découpe, meulage, polissage, etc. Le nouveau monocristal peut être le même matériau que le substrat, ou il peut s'agir d'un matériau différent. (homoépitaxiale ou hétéroépitaxiale).
Étant donné que la couche monocristalline nouvellement formée se développe le long de la phase cristalline du substrat, elle est appelée couche épitaxiale (généralement de plusieurs microns d'épaisseur. Prenons le silicium comme exemple : la signification de la croissance épitaxiale du silicium est de faire croître une couche de cristal avec une bonne intégrité de la structure du réseau. sur un substrat monocristallin de silicium avec une certaine orientation cristalline et une résistivité et une épaisseur différentes de celles du substrat), et le substrat avec la couche épitaxiale est appelé plaquette épitaxiale (plaquette épitaxiale = couche épitaxiale + substrat). La fabrication du dispositif est réalisée sur la couche épitaxiale.
L'épitaxialité est divisée en homoépitaxialité et hétéroépitaxialité. L'homoépitaxialité consiste à faire croître une couche épitaxiale du même matériau que le substrat sur le substrat. Quelle est la signification de l’homoépitaxialité ? – Améliorer la stabilité et la fiabilité du produit. Bien que l'homoépitaxialité consiste à faire croître une couche épitaxiale du même matériau que le substrat, bien que le matériau soit le même, elle peut améliorer la pureté du matériau et l'uniformité de la surface de la tranche. Comparé aux tranches polies traitées par polissage mécanique, le substrat traité par épitaxialité présente une planéité de surface élevée, une propreté élevée, moins de microdéfauts et moins d'impuretés de surface. Par conséquent, la résistivité est plus uniforme et il est plus facile de contrôler les défauts de surface tels que les particules de surface, les défauts d’empilement et les dislocations. L'épitaxie améliore non seulement les performances du produit, mais garantit également sa stabilité et sa fiabilité.
Quels sont les avantages de réaliser une épitaxie d’une autre couche d’atomes de silicium sur le substrat de la plaquette de silicium ? Dans le procédé CMOS silicium, la croissance épitaxiale (EPI, épitaxiale) sur le substrat de la tranche est une étape très critique du processus.
1. Améliorer la qualité des cristaux
Défauts et impuretés du substrat initial : Le substrat de la plaquette peut présenter certains défauts et impuretés au cours du processus de fabrication. La croissance de la couche épitaxiale peut générer une couche de silicium monocristallin de haute qualité, à faible défaut et à faible concentration d'impuretés sur le substrat, ce qui est très important pour la fabrication ultérieure du dispositif. Structure cristalline uniforme : la croissance épitaxiale peut assurer une structure cristalline plus uniforme, réduire l'influence des joints de grains et des défauts dans le matériau du substrat, et ainsi améliorer la qualité cristalline de la tranche entière.
2. Améliorer les performances électriques
Optimiser les caractéristiques du dispositif : en faisant croître une couche épitaxiale sur le substrat, la concentration de dopage et le type de silicium peuvent être contrôlés avec précision pour optimiser les performances électriques du dispositif. Par exemple, le dopage de la couche épitaxiale permet d'ajuster avec précision la tension de seuil et d'autres paramètres électriques du MOSFET. Réduire le courant de fuite : les couches épitaxiales de haute qualité ont une densité de défauts plus faible, ce qui contribue à réduire le courant de fuite dans l'appareil, améliorant ainsi les performances et la fiabilité de l'appareil.
3. Prise en charge des nœuds de processus avancés
Réduction de la taille des fonctionnalités : dans les nœuds de processus plus petits (tels que 7 nm, 5 nm), la taille des fonctionnalités de l'appareil continue de diminuer, nécessitant des matériaux plus raffinés et de haute qualité. La technologie de croissance épitaxiale peut répondre à ces exigences et prendre en charge la fabrication de circuits intégrés hautes performances et haute densité. Améliorer la tension de claquage : la couche épitaxiale peut être conçue pour avoir une tension de claquage plus élevée, ce qui est essentiel pour la fabrication de dispositifs haute puissance et haute tension. Par exemple, dans les dispositifs électriques, la couche épitaxiale peut augmenter la tension de claquage du dispositif et augmenter la plage de fonctionnement sûre.
4. Compatibilité des processus et structure multicouche
Structure multicouche : la technologie de croissance épitaxiale permet de faire croître des structures multicouches sur un substrat, et différentes couches peuvent avoir différentes concentrations et types de dopage. Ceci est très utile pour fabriquer des dispositifs CMOS complexes et réaliser une intégration tridimensionnelle. Compatibilité : Le processus de croissance épitaxiale est hautement compatible avec les processus de fabrication CMOS existants et peut être facilement intégré aux processus de fabrication existants sans modifier de manière significative les lignes de processus.
Heure de publication : 16 juillet 2024