Silizium-Epitaxieschichten und -substrate in der Halbleiterfertigung

Substrat

Im Halbleiterherstellungsprozess sind Silizium-Epitaxieschichten und -Substrate zwei grundlegende Komponenten, die eine entscheidende Rolle spielen.Das Substrat, hauptsächlich aus einkristallinem Silizium, dient als Grundlage für die Herstellung von Halbleiterchips. Es kann direkt in den Wafer-Fertigungsfluss zur Herstellung von Halbleiterbauelementen einfließen oder durch Epitaxietechniken weiterverarbeitet werden, um einen Epitaxie-Wafer zu erzeugen. Als grundlegende „Basis“ von Halbleiterstrukturendas Substratstellt die strukturelle Integrität sicher und verhindert Brüche oder Schäden. Darüber hinaus verfügen Substrate über besondere elektrische, optische und mechanische Eigenschaften, die für die Leistung von Halbleitern entscheidend sind.

Wenn integrierte Schaltkreise mit Wolkenkratzern verglichen werden, danndas Substratist zweifellos das stabile Fundament. Um ihre unterstützende Funktion zu gewährleisten, müssen diese Materialien einen hohen Grad an Gleichmäßigkeit in ihrer Kristallstruktur aufweisen, ähnlich wie hochreines einkristallines Silizium. Reinheit und Perfektion sind von grundlegender Bedeutung für die Schaffung eines robusten Fundaments. Nur mit einer soliden und zuverlässigen Basis können die oberen Strukturen stabil und einwandfrei sein. Einfach gesagt, ohne ein passendesSubstratist es unmöglich, stabile und leistungsstarke Halbleiterbauelemente zu konstruieren.

Epitaxie

Epitaxiebezieht sich auf den Prozess des präzisen Aufwachsens einer neuen Einkristallschicht auf einem sorgfältig geschnittenen und polierten Einkristallsubstrat. Diese neue Schicht kann aus dem gleichen Material wie das Substrat (homogene Epitaxie) oder aus einem anderen Material (heterogene Epitaxie) bestehen. Da die neue Kristallschicht strikt der Ausdehnung der Kristallphase des Substrats folgt, wird sie als Epitaxieschicht bezeichnet, die typischerweise eine Dicke im Mikrometerbereich aufweist. Zum Beispiel in SiliziumEpitaxie, Wachstum erfolgt auf einer bestimmten kristallographischen Ausrichtung von aSilizium-EinkristallsubstratDabei entsteht eine neue Kristallschicht, deren Ausrichtung konsistent ist, deren elektrischer Widerstand und Dicke jedoch variiert und die über eine makellose Gitterstruktur verfügt. Das epitaktisch gewachsene Substrat wird als epitaktischer Wafer bezeichnet, wobei die epitaktische Schicht den Kernwert darstellt, um den sich die Geräteherstellung dreht.

Der Wert eines Epitaxiewafers liegt in seiner ausgeklügelten Materialkombination. Zum Beispiel durch das Wachsen einer dünnen SchichtGaN-Epitaxiezu einem günstigeren PreisSiliziumwafer, ist es möglich, die leistungsstarken Breitbandlückeneigenschaften von Halbleitern der dritten Generation zu relativ geringeren Kosten zu erreichen, indem Halbleitermaterialien der ersten Generation als Substrat verwendet werden. Heterogene Epitaxiestrukturen bringen jedoch auch Herausforderungen mit sich, wie z. B. Gitterfehlanpassungen, Inkonsistenzen der Wärmekoeffizienten und schlechte Wärmeleitfähigkeit, ähnlich wie beim Aufbau eines Gerüsts auf einer Kunststoffbasis. Verschiedene Materialien dehnen sich unterschiedlich schnell aus und ziehen sich zusammen, wenn sich die Temperatur ändert, und die Wärmeleitfähigkeit von Silizium ist nicht ideal.

HomogenEpitaxie, bei dem eine epitaktische Schicht aus dem gleichen Material wie das Substrat aufgewachsen wird, ist für die Verbesserung der Stabilität und Zuverlässigkeit des Produkts von entscheidender Bedeutung. Obwohl die Materialien gleich sind, verbessert die epitaktische Bearbeitung die Reinheit und Gleichmäßigkeit der Waferoberfläche im Vergleich zu mechanisch polierten Wafern deutlich. Die Epitaxieoberfläche ist glatter und sauberer, mit deutlich weniger Mikrodefekten und Verunreinigungen, einem gleichmäßigeren elektrischen Widerstand und einer präziseren Kontrolle über Oberflächenpartikel, Schichtfehler und Versetzungen. Daher,Epitaxieoptimiert nicht nur die Produktleistung, sondern sorgt auch für Produktstabilität und -zuverlässigkeit.**

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