چرا باید اپیتاکسی را روی بسترهای ویفر سیلیکونی انجام دهیم؟

در زنجیره صنعت نیمه هادی، به ویژه در زنجیره صنعت نیمه هادی نسل سوم (نیمه هادی باندگپ گسترده)، زیرلایه ها واپیتاکسیاللایه ها چه اهمیتی دارداپیتاکسیاللایه؟ تفاوت بین بستر و بستر چیست؟

بستر یک استویفرساخته شده از مواد نیمه هادی تک کریستال. بستر می تواند مستقیما وارد شودویفرپیوند تولید برای تولید دستگاه های نیمه هادی، یا می توان آن را پردازش کرداپیتاکسیالفرآیند تولید ویفرهای اپیتاکسیال بستر پایین استویفر(ویفر را برش دهید، می توانید قالب ها را یکی پس از دیگری تهیه کنید و سپس آن را بسته بندی کنید تا تبدیل به تراشه افسانه ای شود) (در واقع، کف تراشه عموماً با یک لایه طلای پشتی پوشیده شده است که به عنوان اتصال "زمین" استفاده می شود. اما در فرآیند پشتی ساخته شده است)، و پایه ای که کل عملکرد پشتیبانی را حمل می کند (آسمان خراش در تراشه بر روی بستر ساخته شده است).

اپیتاکسی به فرآیند رشد تک کریستال جدید بر روی یک بستر تک کریستالی گفته می‌شود که با برش، آسیاب، پرداخت و غیره به دقت پردازش شده است. (همواپیتاکسیال یا هترواپیتاکسیال).
از آنجایی که لایه تک کریستالی تازه تشکیل شده در امتداد فاز کریستال زیرلایه رشد می کند، به آن لایه همپایی (معمولاً ضخامت چند میکرون) می گویند. به عنوان مثال سیلیکون را در نظر بگیرید: منظور از رشد اپیتاکسی سیلیکون رشد یک لایه کریستال با یکپارچگی ساختار شبکه ای خوب است. روی یک بستر تک کریستالی سیلیکونی با جهت کریستالی مشخص و مقاومت و ضخامت متفاوت به عنوان بستر) و زیرلایه با لایه همپایی ویفر همپایی نامیده می شود (ویفر همپای = لایه همپای + بستر). ساخت دستگاه بر روی لایه اپیتاکسیال انجام می شود.

اپیتاکسیالیته به دو دسته هماپیتاکسیالیته و هترواپیتاکسیالیته تقسیم می شود. همواپیتاکسیالیتی به این معنی است که یک لایه همپایی از همان ماده به عنوان بستر روی زیرلایه رشد کند. اهمیت هومواپیتاکسیالیته چیست؟ - بهبود پایداری و قابلیت اطمینان محصول. اگرچه هومواپیتاکسیالیتی برای رشد یک لایه همپایی از همان ماده زیرلایه است، اگرچه مواد یکسان است، اما می تواند خلوص مواد و یکنواختی سطح ویفر را بهبود بخشد. در مقایسه با ویفرهای صیقلی که توسط پولیش مکانیکی پردازش می‌شوند، بستر پردازش شده توسط همبستگی دارای صافی سطح بالا، تمیزی بالا، نقص‌های ریز کمتر و ناخالصی‌های سطحی کمتری است. بنابراین، مقاومت یکنواخت تر است و کنترل عیوب سطحی مانند ذرات سطحی، گسل های روی هم و نابجایی آسان تر است. Epitaxy نه تنها عملکرد محصول را بهبود می بخشد، بلکه ثبات و قابلیت اطمینان محصول را نیز تضمین می کند.
مزایای ایجاد یک لایه دیگر از اتم های سیلیکون به صورت اپیتاکسیال بر روی بستر ویفر سیلیکونی چیست؟ در فرآیند سیلیکون CMOS، رشد همبستگی (EPI، همپایی) روی بستر ویفر یک مرحله فرآیند بسیار حیاتی است.
1. بهبود کیفیت کریستال
عیوب و ناخالصی های اولیه زیرلایه: بستر ویفر ممکن است در طول فرآیند تولید دارای عیوب و ناخالصی های خاصی باشد. رشد لایه اپیتاکسیال می تواند یک لایه سیلیکونی تک کریستالی با کیفیت بالا، کم نقص و غلظت ناخالصی بر روی بستر ایجاد کند که برای ساخت دستگاه بعدی بسیار مهم است. ساختار کریستالی یکنواخت: رشد همبستگی می تواند ساختار کریستالی یکنواخت تری را تضمین کند، تأثیر مرزهای دانه و نقص در مواد بستر را کاهش دهد و در نتیجه کیفیت کریستال کل ویفر را بهبود بخشد.
2. بهبود عملکرد الکتریکی
بهینه سازی ویژگی های دستگاه: با رشد یک لایه اپیتاکسیال بر روی بستر، غلظت دوپینگ و نوع سیلیکون را می توان به طور دقیق کنترل کرد تا عملکرد الکتریکی دستگاه بهینه شود. به عنوان مثال، دوپینگ لایه اپیتاکسیال می تواند ولتاژ آستانه و سایر پارامترهای الکتریکی ماسفت را به دقت تنظیم کند. کاهش جریان نشتی: لایه های اپیتاکسیال با کیفیت بالا دارای تراکم نقص کمتری هستند که به کاهش جریان نشتی در دستگاه کمک می کند و در نتیجه عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه را بهبود می بخشد.
3. پشتیبانی از گره های فرآیند پیشرفته
کاهش اندازه ویژگی: در گره‌های فرآیند کوچکتر (مانند 7 نانومتر، 5 نانومتر)، اندازه ویژگی دستگاه همچنان به کوچک شدن ادامه می‌دهد و به مواد تصفیه‌شده و باکیفیت‌تری نیاز دارد. فناوری رشد همپایه می تواند این الزامات را برآورده کند و از تولید مدار مجتمع با کارایی بالا و چگالی بالا پشتیبانی کند. بهبود ولتاژ شکست: لایه اپیتاکسیال را می توان به گونه ای طراحی کرد که دارای ولتاژ شکست بالاتری باشد که برای ساخت دستگاه های پرقدرت و ولتاژ بالا حیاتی است. به عنوان مثال، در دستگاه های برق، لایه اپیتاکسیال می تواند ولتاژ شکست دستگاه را افزایش دهد و محدوده عملکرد ایمن را افزایش دهد.
4. سازگاری فرآیند و ساختار چند لایه
ساختار چندلایه: فناوری رشد همپایه اجازه می دهد تا ساختارهای چند لایه روی یک بستر رشد کنند و لایه های مختلف می توانند غلظت ها و انواع دوپینگ متفاوتی داشته باشند. این برای ساخت دستگاه های پیچیده CMOS و دستیابی به یکپارچگی سه بعدی بسیار مفید است. سازگاری: فرآیند رشد همپایه بسیار با فرآیندهای تولید CMOS موجود سازگار است و می‌تواند به راحتی در فرآیندهای تولید موجود بدون تغییر قابل توجهی در خطوط فرآیند ادغام شود.