Substrat och epitaxi

I processen med waferberedning finns det två kärnlänkar: en är beredningen av substratet och den andra är implementeringen av den epitaxiella processen. Substratet, en wafer som är omsorgsfullt gjord av halvledarenkristallmaterial, kan sättas in direkt i wafertillverkningsprocessen som en bas för att producera halvledarenheter, eller ytterligare förbättra prestandan genom den epitaxiella processen.

Så vad är detepitaxi? Kort sagt är epitaxi att odla ett nytt lager av enkristall på ett enkristallsubstrat som har finbearbetats (skärning, slipning, polering, etc.). Denna nya enkristall och substratet kan vara gjorda av samma material eller olika material, så att homogen eller heterogen epitaxi kan uppnås efter behov. Eftersom det nytillväxta enkristallskiktet kommer att expandera i enlighet med substratets kristallfas, kallas det ett epitaxiellt skikt. Dess tjocklek är i allmänhet bara några mikron. Om man tar kisel som ett exempel, är kiselepitaxiell tillväxt att växa ett lager av enkristalllager av kisel med samma kristallorientering som substratet, kontrollerbar resistivitet och tjocklek och perfekt gitterstruktur på ett enkristallsubstrat av kisel med en specifik kristallorientering. När det epitaxiella lagret växer på substratet kallas det hela för en epitaxial wafer.

För den traditionella kiselhalvledarindustrin kommer att göra högfrekventa och högeffektsenheter direkt på kiselskivor stöta på vissa tekniska svårigheter, såsom den höga genombrottsspänningen, liten serieresistans och litet mättningsspänningsfall i kollektorområdet är svåra att uppnå. Införandet av epitaxialteknologi löser dessa problem på ett smart sätt. Lösningen är att odla ett epitaxiellt skikt med hög resistivitet på ett kiselsubstrat med låg resistivitet och sedan tillverka enheter på det epitaxiella skiktet med hög resistivitet. På detta sätt ger det epitaxiella skiktet med hög resistivitet en hög genombrottsspänning för anordningen, medan substratet med låg resistivitet minskar substratets resistans, och därigenom minskar mättnadsspänningsfallet, och därigenom uppnås en balans mellan hög genombrottsspänning och låg resistans. och lågt spänningsfall.

Dessutom,epitaxiellteknologier såsom ångfas epitaxi och flytande fas epitaxi av III-V, II-VI och andra molekylära sammansatta halvledarmaterial såsom GaAs har också utvecklats kraftigt och har blivit oumbärliga processteknologier för produktion av de flesta mikrovågsenheter, optoelektroniska enheter, kraft anordningar, etc., särskilt den framgångsrika tillämpningen av molekylär strålar och metall organisk ångfas epitaxi i tunna skikt, supergitter, kvantbrunnar, ansträngda supergitter och atomär tunna skikt epitaxi, som har lagt en solid grund för utvecklingen av "bandteknik" , ett nytt område för halvledarforskning.

När det gäller tredje generationens halvledarenheter är sådana halvledarenheter nästan alla gjorda på det epitaxiella lagret, ochkiselkarbidskivai sig används endast som ett substrat. Parametrar som tjocklek och bakgrundsbärarkoncentration av SiCepitaxiellmaterial bestämmer direkt de olika elektriska egenskaperna hos SiC-enheter. Kiselkarbidanordningar för högspänningstillämpningar ställer nya krav på parametrar som tjocklek och bakgrundsbärarkoncentration för epitaxiella material. Därför spelar kiselkarbidepitaxialteknik en avgörande roll för att fullt ut utöva prestanda hos kiselkarbidanordningar. Nästan alla SiC-kraftenheter är förberedda baserade på hög kvalitetSiC epitaxiella wafers, och produktionen av epitaxiella skikt är en viktig del av halvledarindustrin med breda bandgap.