Substrat und Epitaxie

Im Prozess der Wafervorbereitung gibt es zwei Kernglieder: Zum einen die Vorbereitung des Substrats und zum anderen die Durchführung des Epitaxieprozesses. Das Substrat, ein Wafer, der sorgfältig aus Halbleiter-Einkristallmaterial hergestellt wird, kann direkt in den Wafer-Herstellungsprozess als Grundlage für die Herstellung von Halbleiterbauelementen eingebracht werden oder die Leistung durch den Epitaxieprozess weiter verbessern.

Also, was istEpitaxie? Kurz gesagt besteht Epitaxie darin, eine neue Einkristallschicht auf einem Einkristallsubstrat wachsen zu lassen, das fein bearbeitet wurde (Schneiden, Schleifen, Polieren usw.). Dieser neue Einkristall und das Substrat können aus dem gleichen Material oder unterschiedlichen Materialien bestehen, sodass je nach Bedarf eine homogene oder heterogene Epitaxie erreicht werden kann. Da sich die neu gewachsene Einkristallschicht entsprechend der Kristallphase des Substrats ausdehnt, wird sie Epitaxieschicht genannt. Seine Dicke beträgt im Allgemeinen nur wenige Mikrometer. Am Beispiel von Silizium besteht das epitaktische Wachstum von Silizium darin, eine Schicht aus Silizium-Einkristallen mit der gleichen Kristallorientierung wie das Substrat, steuerbarem Widerstand und Dicke sowie perfekter Gitterstruktur auf einem Silizium-Einkristallsubstrat mit einer bestimmten Kristallorientierung wachsen zu lassen. Wenn die Epitaxieschicht auf dem Substrat wächst, wird das Ganze als Epitaxiewafer bezeichnet.

Für die traditionelle Siliziumhalbleiterindustrie wird die Herstellung von Hochfrequenz- und Hochleistungsgeräten direkt auf Siliziumwafern auf einige technische Schwierigkeiten stoßen, z. B. sind eine hohe Durchbruchspannung, ein kleiner Serienwiderstand und ein geringer Sättigungsspannungsabfall im Kollektorbereich schwer zu erreichen. Die Einführung der Epitaxie-Technologie löst diese Probleme geschickt. Die Lösung besteht darin, eine Epitaxieschicht mit hohem spezifischem Widerstand auf einem Siliziumsubstrat mit niedrigem spezifischem Widerstand wachsen zu lassen und dann Geräte auf der Epitaxieschicht mit hohem spezifischem Widerstand herzustellen. Auf diese Weise stellt die Epitaxieschicht mit hohem spezifischem Widerstand eine hohe Durchbruchspannung für das Gerät bereit, während das Substrat mit niedrigem spezifischem Widerstand den Widerstand des Substrats verringert, wodurch der Sättigungsspannungsabfall verringert wird, wodurch ein Gleichgewicht zwischen hoher Durchbruchspannung und niedrigem Widerstand erreicht wird und geringer Spannungsabfall.

Zusätzlich,epitaktischTechnologien wie die Dampfphasenepitaxie und die Flüssigphasenepitaxie von III-V-, II-VI- und anderen molekularen Verbindungshalbleitermaterialien wie GaAs wurden ebenfalls stark entwickelt und sind zu unverzichtbaren Prozesstechnologien für die Herstellung der meisten Mikrowellengeräte, optoelektronischen Geräte und Leistungsgeräte geworden Geräte usw., insbesondere die erfolgreiche Anwendung von Molekularstrahl- und metallorganischer Dampfphasenepitaxie in dünnen Schichten, Übergittern, Quantentöpfen, gespannten Übergittern und atomarer Dünnschichtepitaxie, die eine solide Grundlage für die Entwicklung des „Band Engineering“ gelegt hat. , ein neues Gebiet der Halbleiterforschung.

Was die Halbleiterbauelemente der dritten Generation betrifft, so werden diese Halbleiterbauelemente fast alle auf der Epitaxieschicht hergestelltSiliziumkarbid-Waferselbst dient nur als Substrat. Parameter wie die Dicke und Hintergrundträgerkonzentration von SiCepitaktischMaterialien bestimmen direkt die verschiedenen elektrischen Eigenschaften von SiC-Geräten. Siliziumkarbid-Geräte für Hochspannungsanwendungen stellen neue Anforderungen an Parameter wie die Dicke und Hintergrundträgerkonzentration epitaktischer Materialien. Daher spielt die Siliziumkarbid-Epitaxietechnologie eine entscheidende Rolle bei der vollen Ausschöpfung der Leistung von Siliziumkarbid-Geräten. Fast alle SiC-Stromversorgungsgeräte werden auf Basis hoher Qualität hergestelltSiC-Epitaxiewafer, und die Herstellung epitaktischer Schichten ist ein wichtiger Teil der Halbleiterindustrie mit großer Bandlücke.