Å dyrke et ekstra lag med silisiumatomer på et silisiumskivesubstrat har flere fordeler:
I CMOS-silisiumprosesser er epitaksial vekst (EPI) på wafersubstratet et kritisk prosesstrinn.
1. Forbedring av krystallkvaliteten
Innledende substratdefekter og urenheter: Under produksjonsprosessen kan wafersubstratet ha visse defekter og urenheter. Veksten av det epitaksiale laget kan produsere et monokrystallinsk silisiumlag av høy kvalitet med lave konsentrasjoner av defekter og urenheter på substratet, noe som er avgjørende for senere fabrikasjon av enheten.
Jevn krystallstruktur: Epitaksial vekst sikrer en mer jevn krystallstruktur, noe som reduserer virkningen av korngrenser og defekter i substratmaterialet, og dermed forbedrer den generelle krystallkvaliteten til waferen.
2. Forbedre elektrisk ytelse.
Optimalisering av enhetsegenskaper: Ved å dyrke et epitaksialt lag på substratet, kan dopingkonsentrasjonen og typen silisium kontrolleres nøyaktig, noe som optimaliserer enhetens elektriske ytelse. For eksempel kan dopingen av det epitaksiale laget finjusteres for å kontrollere terskelspenningen til MOSFET-er og andre elektriske parametere.
Redusere lekkasjestrøm: Et epitaksialt lag av høy kvalitet har en lavere defekttetthet, noe som bidrar til å redusere lekkasjestrøm i enheter, og dermed forbedre enhetens ytelse og pålitelighet.
3. Forbedre elektrisk ytelse.
Redusere funksjonsstørrelse: I mindre prosessnoder (som 7nm, 5nm) fortsetter funksjonsstørrelsen på enheter å krympe, noe som krever mer raffinerte og høykvalitetsmaterialer. Epitaksial vekstteknologi kan møte disse kravene og støtte produksjonen av integrerte kretser med høy ytelse og høy tetthet.
Forbedring av gjennomslagsspenning: Epitaksiale lag kan designes med høyere gjennomslagsspenninger, noe som er kritisk for produksjon av høyeffekts- og høyspenningsenheter. For eksempel, i kraftenheter kan epitaksiale lag forbedre enhetens gjennomslagsspenning, noe som øker det sikre driftsområdet.
4. Prosess kompatibilitet og flerlagsstrukturer
Flerlagsstrukturer: Epitaksial vekstteknologi muliggjør vekst av flerlagsstrukturer på substrater, med forskjellige lag som har varierende dopingkonsentrasjoner og -typer. Dette er svært fordelaktig for produksjon av komplekse CMOS-enheter og muliggjør tredimensjonal integrasjon.
Kompatibilitet: Den epitaksiale vekstprosessen er svært kompatibel med eksisterende CMOS-produksjonsprosesser, noe som gjør den enkel å integrere i nåværende produksjonsarbeidsflyter uten behov for vesentlige modifikasjoner av prosesslinjene.
Sammendrag: Bruken av epitaksial vekst i CMOS-silisiumprosesser har primært som mål å forbedre waferkrystallkvaliteten, optimalisere enhetens elektriske ytelse, støtte avanserte prosessnoder og møte kravene til høytytende og høytetthetsbasert produksjon av integrerte kretser. Epitaksial vekstteknologi muliggjør presis kontroll av materialdoping og struktur, noe som forbedrer den generelle ytelsen og påliteligheten til enhetene.
Publisert: 16. oktober 2024