Det har flere fordele at dyrke et ekstra lag af siliciumatomer på et siliciumwafer-substrat:
I CMOS-siliciumprocesser er epitaksial vækst (EPI) på wafersubstratet et kritisk procestrin.
1. Forbedring af krystalkvaliteten
Indledende substratfejl og urenheder: Under fremstillingsprocessen kan wafersubstratet have visse defekter og urenheder. Væksten af det epitaksiale lag kan producere et monokrystallinsk siliciumlag af høj kvalitet med lave koncentrationer af defekter og urenheder på substratet, hvilket er afgørende for den efterfølgende fremstilling af enheden.
Ensartet krystalstruktur: Epitaksial vækst sikrer en mere ensartet krystalstruktur, hvilket reducerer virkningen af korngrænser og defekter i substratmaterialet og derved forbedrer waferens samlede krystalkvalitet.
2. Forbedre den elektriske ydeevne.
Optimering af enhedens egenskaber: Ved at dyrke et epitaksialt lag på substratet kan doteringskoncentrationen og typen af silicium styres præcist, hvilket optimerer enhedens elektriske ydeevne. For eksempel kan doteringen af det epitaksiale lag finjusteres for at styre tærskelspændingen for MOSFET'er og andre elektriske parametre.
Reduktion af lækstrøm: Et epitaksialt lag af høj kvalitet har en lavere defektdensitet, hvilket hjælper med at reducere lækstrøm i enheder og derved forbedrer enhedernes ydeevne og pålidelighed.
3. Forbedre den elektriske ydeevne.
Reduktion af funktionsstørrelse: I mindre procesnoder (såsom 7nm, 5nm) fortsætter funktionsstørrelsen på enheder med at skrumpe, hvilket kræver mere raffinerede materialer af høj kvalitet. Epitaksial vækstteknologi kan imødekomme disse krav og understøtte fremstillingen af højtydende integrerede kredsløb med høj densitet.
Forbedring af gennemslagsspænding: Epitaksiale lag kan designes med højere gennemslagsspændinger, hvilket er afgørende for fremstilling af højeffekt- og højspændingsenheder. For eksempel kan epitaksiale lag i effektenheder forbedre enhedens gennemslagsspænding og dermed øge det sikre driftsområde.
4. Proceskompatibilitet og flerlagsstrukturer
Flerlagsstrukturer: Epitaksial vækstteknologi muliggør vækst af flerlagsstrukturer på substrater, hvor forskellige lag har varierende dopingkoncentrationer og -typer. Dette er yderst fordelagtigt til fremstilling af komplekse CMOS-enheder og muliggør tredimensionel integration.
Kompatibilitet: Den epitaksiale vækstproces er yderst kompatibel med eksisterende CMOS-fremstillingsprocesser, hvilket gør den nem at integrere i nuværende produktionsarbejdsgange uden behov for væsentlige ændringer af proceslinjerne.
Resumé: Anvendelsen af epitaksial vækst i CMOS-siliciumprocesser sigter primært mod at forbedre waferkrystalkvaliteten, optimere enheders elektriske ydeevne, understøtte avancerede procesnoder og imødekomme kravene til højtydende og højdensitetsfremstilling af integrerede kredsløb. Epitaksial vækstteknologi muliggør præcis kontrol af materialedoping og struktur, hvilket forbedrer enhedernes samlede ydeevne og pålidelighed.
Opslagstidspunkt: 16. oktober 2024