Substrate vs Epitaxy: Các trụ cột kép của sản xuất wafer bán dẫn

I. Định nghĩa cơ bản về chất nền và epitaxy

SubstratevàXét nghiệm tử thilà hai khái niệm cơ bản khác nhau nhưng liên kết chặt chẽ trong sản xuất wafer bán dẫn.

Chất nền:
Một chất nền thường là một vật liệu tinh thể đơn chất lượng cao, chất lượng cao, phục vụ như là "nền tảng" cho tất cả các quy trình bán dẫn tiếp theo.Nó cung cấp không chỉ hỗ trợ cơ học mà còn là một mẫu lưới được sắp xếp tốt cần thiết cho việc chế tạo thiết bị.
 

Các vật liệu phổ biến bao gồm:Silicon (Si), Silicon Carbide (SiC), Sapphire (Al2O3), Gallium Arsenide (GaAs), vv

Chất tiêu hóa:
Epitaxy đề cập đến sự phát triển có kiểm soát của một bộ phim đơn tinh thể chất lượng cao mới trên bề mặt của chất nền.Lớp biểu mô.
Lớp bề mặt có thể được làm bằng cùng một vật liệu như chất nền (homopepitaxy) hoặc một vật liệu khác (Heteroepitaxy)

II. Mối quan hệ trong quá trình sản xuất wafer

Bước 1: Chuẩn bị chất nền
Các miếng miếng tinh thể đơn tinh khiết cao được sản xuất bằng các phương pháp như quy trình Czochralski hoặc kỹ thuật khu vực nổi.các wafer đã sẵn sàng để sử dụng làm chất nền.

Giai đoạn 2: Sự phát triển của trục
Một lớp tinh thể đơn chất lượng cao được phát triển trên bề mặt của chất nền. Lớp biểu trục thường có độ tinh khiết cao hơn, nồng độ doping được kiểm soát, độ dày được xác định chính xác,và ít khiếm khuyết cấu trúc hơn để đáp ứng các yêu cầu thiết kế thiết bị cụ thể.

III. Substrate là gì? Vai trò và ý nghĩa của nó

Chức năng 1: Hỗ trợ cơ khí
Các chất nền đóng vai trò là nền tảng cho tất cả các quy trình và thiết bị tiếp theo. Nó phải có sức mạnh cơ học và sự ổn định kích thước đầy đủ.

Chức năng 2: Mẫu lưới
Cấu trúc lưới tinh thể của chất nền xác định chất lượng tinh thể của lớp biểu trục, từ đó trực tiếp ảnh hưởng đến hiệu suất thiết bị.

Chức năng 3: Cơ sở điện
Các tính chất điện nội tại của vật liệu nền ảnh hưởng đến các đặc điểm chip cơ bản như độ dẫn điện và điện trở.

Ví dụ:
Một wafer silicon tinh thể đơn 6 inch phục vụ như là điểm khởi đầu trong hầu hết các nhà máy bán dẫn.

IV. Epitaxy là gì? nguyên tắc và phương pháp chuẩn bị

Nguyên tắc tăng trưởng trên tràng:
Epitaxy involves the atomic-scale deposition of a new single crystal layer that aligns with the lattice structure of the underlying substrate—similar to decorating a well-laid foundation with high-grade materials.

Kỹ thuật phát triển trục phổ biến:

• Phân tích pha hơi (VPE):Phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất. Các tiền chất khí được đưa vào buồng phản ứng nhiệt độ cao, nơi chúng lắng đọng và tinh thể trên bề mặt chất nền. Ví dụ:silicon epitaxy thường sử dụng silicon tetrachloride hoặc trichlorosilane làm nguồn khí.​

• Epitaxy pha lỏng (LPE):Các vật liệu được lắng đọng và tinh thể hóa dưới dạng lỏng trên nền, chủ yếu cho các chất bán dẫn hợp chất.

• Molecular Beam Epitaxy (MBE):Một phương pháp chính xác cao được thực hiện dưới chân không cực cao, lý tưởng để chế tạo các cấu trúc lượng tử tiên tiến và siêu lưới.

• Sự lắng đọng hơi kim loại kim loại kim loại (MOCVD):Đặc biệt phù hợp với các chất bán dẫn III-V như GaN và GaAs.

Chức năng của Epitaxy:

• Tăng độ tinh khiết và phẳng bề mặt:Ngay cả một lớp nền được đánh bóng cũng có những khiếm khuyết vi mô; epitaxy tạo ra một lớp bề mặt gần như hoàn hảo.

• Tính năng điện và cấu trúc tùy chỉnh:Cho phép kiểm soát chính xác loại doping (loại N / loại P), nồng độ và độ dày lớp để đáp ứng các yêu cầu chức năng cụ thể.

• Cho phép Multilayer hoặc Heterostructures:Điều cần thiết cho các cấu trúc như nhiều giếng lượng tử và siêu lưới, chỉ có thể đạt được thông qua sự phát triển biểu trục.

V. Sự khác biệt giữa Homoepitaxy và Heteroepitaxy và ứng dụng của chúng

Xét nghiệm nội sinh:
Lớp nền và lớp vòm được tạo thành từ cùng một vật liệu (ví dụ, lớp vòm Si trên một lớp vòm Si).

• Ưu điểm:Cho phép cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt, giảm mật độ khiếm khuyết và tăng năng suất và tính nhất quán của thiết bị.

• Ứng dụng:Được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện và mạch tích hợp.

Heteroepitaxy:
Lớp nền và lớp vòm là các vật liệu khác nhau (ví dụ, lớp vòm GaN trên lớp vòm sapphire).

• Ưu điểm:Kết hợp các tính chất mong muốn của các vật liệu khác nhau để đạt được hiệu suất điện và quang học vượt trội, vượt qua những hạn chế của các hệ thống một vật liệu.

• Nhược điểm:Sự không phù hợp của lưới và sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt thường dẫn đến căng thẳng, luân chuyển và các khiếm khuyết khác cần các lớp đệm hoặc tối ưu hóa cấu trúc.

• Ứng dụng:Thông thường trong đèn LED, laser, bóng bán dẫn tần số cao.

VI. Vai trò quan trọng của epitaxy trong các chất bán dẫn thế hệ thứ ba

Trong các chất bán dẫn thế hệ thứ ba (ví dụ: SiC, GaN), gần như tất cả các thiết bị điện và quang điện tử tiên tiến đều dựa trên các lớp siêu trục.

Ví dụ: Thiết bị SiC:
Các thông số chính như điện áp phá vỡ và kháng cự được xác định bởi độ dày và nồng độ doping của lớp epitaxial.Các chất nền SiC cung cấp hỗ trợ cơ học và một mẫu lưới, nhưng lớp epitaxial xác định hiệu suất thực tế của thiết bị.

Lớp biểu trục càng dày và không có khiếm khuyết, điện áp phá vỡ càng cao và hiệu suất càng tốt.

Do đó, trong ngành công nghiệp bán dẫn băng tần rộng, công nghệ tăng trưởng epitaxial trực tiếp xác định trần hiệu suất của các thiết bị cuối cùng.

Sản phẩm liên quan

12 inch SiC Wafer 300mm Silicon Carbide wafer Chất dẫn Dummy Grade N-Type

4H/6H P-Type Sic Wafer 4inch 6inch Z Grade P Grade D Grade Off Axis 2.0°-4.0° hướng P-type Doping