Pěstování další vrstvy atomů křemíku na křemíkovém substrátu má několik výhod:
V křemíkových procesech CMOS je epitaxní růst (EPI) na substrátu destičky kritickým procesním krokem.
1. Zlepšení kvality krystalů
Počáteční vady a nečistoty substrátu: Během výrobního procesu může substrát destičky obsahovat určité vady a nečistoty. Růst epitaxní vrstvy může vytvořit vysoce kvalitní monokrystalickou křemíkovou vrstvu s nízkou koncentrací defektů a nečistot na substrátu, což je klíčové pro následnou výrobu součástek.
Jednotná krystalová struktura: Epitaxní růst zajišťuje jednotnější krystalovou strukturu, snižuje dopad hranic zrn a defektů v materiálu substrátu, čímž zlepšuje celkovou krystalovou kvalitu destičky.
2. Zlepšení elektrického výkonu.
Optimalizace charakteristik zařízení: Nanesením epitaxní vrstvy na substrát lze přesně řídit koncentraci dopingu a typ křemíku, čímž se optimalizuje elektrický výkon zařízení. Například doping epitaxní vrstvy lze jemně nastavit pro řízení prahového napětí MOSFETů a dalších elektrických parametrů.
Snížení svodového proudu: Vysoce kvalitní epitaxní vrstva má nižší hustotu defektů, což pomáhá snižovat svodový proud v zařízeních, a tím zlepšuje výkon a spolehlivost zařízení.
3. Zlepšení elektrického výkonu.
Snížení velikosti prvků: V menších procesních uzlech (jako je 7nm, 5nm) se velikost prvků zařízení nadále zmenšuje, což vyžaduje propracovanější a kvalitnější materiály. Technologie epitaxního růstu může tyto požadavky splnit a podpořit výrobu vysoce výkonných integrovaných obvodů s vysokou hustotou.
Zvýšení průrazného napětí: Epitaxní vrstvy lze navrhnout s vyšším průrazným napětím, což je zásadní pro výrobu vysoce výkonných a vysokonapěťových zařízení. Například u výkonových zařízení mohou epitaxní vrstvy zlepšit průrazné napětí zařízení a tím prodloužit bezpečný provozní rozsah.
4. Kompatibilita procesů a vícevrstvé struktury
Vícevrstvé struktury: Technologie epitaxního růstu umožňuje růst vícevrstvých struktur na substrátech, přičemž různé vrstvy mají různé koncentrace a typy dopování. To je velmi výhodné pro výrobu složitých CMOS součástek a umožňuje trojrozměrnou integraci.
Kompatibilita: Proces epitaxního růstu je vysoce kompatibilní se stávajícími výrobními procesy CMOS, což usnadňuje jeho integraci do současných výrobních postupů bez nutnosti významných úprav procesních linek.
Souhrn: Aplikace epitaxního růstu v křemíkových procesech CMOS si klade za cíl primárně zlepšit kvalitu krystalů destiček, optimalizovat elektrický výkon součástek, podpořit pokročilé procesní uzly a splnit požadavky na výrobu vysoce výkonných integrovaných obvodů s vysokou hustotou. Technologie epitaxního růstu umožňuje přesnou kontrolu dopování a struktury materiálu, čímž se zlepšuje celkový výkon a spolehlivost součástek.
Čas zveřejnění: 16. října 2024