למה אנחנו צריכים לעשות אפיטקסיה על מצעי פרוסות סיליקון?

בשרשרת תעשיית המוליכים למחצה, במיוחד בשרשרת תעשיית המוליכים למחצה מהדור השלישי (מוליכים למחצה רחבים), קיימים מצעים ואפיטקסיאלישכבות. מהי המשמעות של האפיטקסיאלישִׁכבָה? מה ההבדל בין המצע למצע?

המצע הוא ארָקִיקעשוי מחומרים חד-גבישיים מוליכים למחצה. המצע יכול להיכנס ישירות לרָקִיקקישור ייצור לייצור התקני מוליכים למחצה, או שניתן לעבד אותו על ידיאפיטקסיאליתהליך לייצור פרוסות אפיטקסיאליות. המצע הוא החלק התחתון שלרָקִיק(חתוך את הפרוסה, אתה יכול לקבל קובייה אחת אחרי השנייה, ואז לארוז אותו כדי להפוך לשבב האגדי) (למעשה, החלק התחתון של השבב מצופה בדרך כלל בשכבה של זהב אחורית, המשמש כחיבור "טחון", אבל זה נעשה בתהליך האחורי), והבסיס הנושא את כל פונקציית התמיכה (גורד השחקים בשבב בנוי על המצע).

אפיטקסיה מתייחסת לתהליך של גידול גביש יחיד חדש על מצע גביש יחיד שעבר עיבוד בקפידה על ידי חיתוך, שחיקה, ליטוש וכו'. הגביש החדש יכול להיות אותו חומר כמו המצע, או שהוא יכול להיות חומר אחר (הומיאפיטקסיאלי או הטרופיטקסיאלי).
מכיוון ששכבת הגביש הבודד החדש שנוצרה גדלה לאורך שלב הגביש של המצע, היא נקראת שכבה אפיטקסיאלית (בדרך כלל בעובי של מספר מיקרונים. קח סיליקון כדוגמה: המשמעות של גידול אפיטקסיאלי של סיליקון היא לגדל שכבת גביש בעלת שלמות מבנה סריג טובה. על מצע גבישי סיליקון עם אוריינטציה גבישית מסוימת והתנגדות ועובי שונה כמו המצע), והמצע עם השכבה האפיטקסיאלית נקרא רקיק אפיטקסיאלי (ריק אפיטקסי = שכבה אפיטקסיאלית + מצע). ייצור המכשיר מתבצע על השכבה האפיטקסיאלית.

אפיטקסיאליות מחולקת להומיאפיטקסיאליות והטרופיטקסיאליות. Homoepitaxiality היא לגדל שכבה אפיטקסיאלית מאותו חומר כמו המצע על המצע. מהי המשמעות של הומואפיטקסיאליות? - שפר את יציבות ואמינות המוצר. למרות שהומיאפיטקסיאליות היא לגדל שכבה אפיטקסיאלית מאותו חומר כמו המצע, למרות שהחומר זהה, זה יכול לשפר את טוהר החומר ואת אחידות משטח הפרוסות. בהשוואה לפרוסות המלוטשות המעובדות על ידי ליטוש מכני, למצע המעובד על ידי אפיטקסיאליות יש שטוחות משטח גבוהה, ניקיון גבוה, פחות פגמים מיקרו ופחות זיהומים על פני השטח. לכן, ההתנגדות אחידה יותר, וקל יותר לשלוט על פגמים פני השטח כגון חלקיקי פני השטח, תקלות הערמה ותזוזות. Epitaxy לא רק משפרת את ביצועי המוצר, אלא גם מבטיחה יציבות ואמינות המוצר.
מהם היתרונות של הפיכת שכבה נוספת של אטומי סיליקון אפיטקסיאלית על מצע פרוסות הסיליקון? בתהליך סיליקון CMOS, צמיחה אפיטקסיאלית (EPI, epitaxial) על מצע הפרוסות היא שלב תהליך קריטי מאוד.
1. שפר את איכות הגביש
פגמים וזיהומים ראשוניים במצע: במצע הפרוסים עשויים להיות פגמים וזיהומים מסוימים במהלך תהליך הייצור. צמיחת השכבה האפיטקסיאלית יכולה ליצור שכבת סיליקון חד-גבישית איכותית, בעלת פגם נמוך וריכוז טומאה על גבי המצע, שחשובה מאוד לייצור המכשירים הבאים. מבנה גבישי אחיד: צמיחה אפיטקסיאלית יכולה להבטיח מבנה גבישי אחיד יותר, להפחית את השפעת גבולות הגרגרים והפגמים בחומר התשתית, ובכך לשפר את איכות הגביש של הפרוסה כולה.
2. שפר את הביצועים החשמליים
מטב את מאפייני המכשיר: על ידי גידול שכבה אפיטקסיאלית על המצע, ניתן לשלוט במדויק על ריכוז הסימום וסוג הסיליקון כדי לייעל את הביצועים החשמליים של המכשיר. לדוגמה, הסימום של השכבה האפיטקסיאלית יכול להתאים במדויק את מתח הסף ופרמטרים חשמליים אחרים של ה-MOSFET. הפחתת זרם דליפה: לשכבות אפיטקסיאליות איכותיות יש צפיפות פגמים נמוכה יותר, מה שעוזר להפחית את זרם הדליפה במכשיר, ובכך משפר את הביצועים והאמינות של המכשיר.
3. תמיכה בצמתי תהליך מתקדם
צמצום גודל התכונה: בצמתי תהליך קטנים יותר (כגון 7 ננומטר, 5 ננומטר), גודל תכונת המכשיר ממשיך להתכווץ, ודורש חומרים מעודנים ואיכותיים יותר. טכנולוגיית צמיחה אפיטקסיאלית יכולה לעמוד בדרישות אלו ולתמוך בייצור מעגלים משולבים בעלי ביצועים גבוהים וצפיפות גבוהה. שפר את מתח התפרקות: ניתן לתכנן את השכבה האפיטקסיאלית כך שתהיה לה מתח פריצה גבוה יותר, שהוא קריטי לייצור התקני הספק גבוה ומתח גבוה. לדוגמה, במכשירי חשמל, השכבה האפיטקסיאלית יכולה להגביר את מתח ההתמוטטות של המכשיר ולהגדיל את טווח הפעולה הבטוח.
4. תאימות תהליכים ומבנה רב שכבתי
מבנה רב שכבתי: טכנולוגיית הגידול האפיטקסיאלית מאפשרת לגדל מבנים רב שכבתיים על מצע, ולשכבות שונות יכולות להיות ריכוזי וסוגים שונים של סימום. זה מאוד מועיל לייצור התקני CMOS מורכבים והשגת אינטגרציה תלת מימדית. תאימות: תהליך הגידול האפיטקסיאלי תואם מאוד לתהליכי ייצור קיימים של CMOS וניתן לשלב אותו בקלות בתהליכי ייצור קיימים מבלי לשנות באופן משמעותי את קווי התהליך.