Das Aufwachsen einer zusätzlichen Schicht aus Siliziumatomen auf einem Siliziumwafersubstrat hat mehrere Vorteile:
Bei CMOS-Siliziumprozessen ist das epitaktische Wachstum (EPI) auf dem Wafersubstrat ein kritischer Prozessschritt.
1、Verbesserung der Kristallqualität
Anfängliche Substratdefekte und Verunreinigungen: Während des Herstellungsprozesses kann das Wafersubstrat bestimmte Defekte und Verunreinigungen aufweisen. Durch das Wachstum der Epitaxieschicht kann eine hochwertige monokristalline Siliziumschicht mit geringen Konzentrationen an Defekten und Verunreinigungen auf dem Substrat entstehen, was für die anschließende Geräteherstellung von entscheidender Bedeutung ist.
Gleichmäßige Kristallstruktur: Epitaktisches Wachstum sorgt für eine gleichmäßigere Kristallstruktur, reduziert den Einfluss von Korngrenzen und Defekten im Substratmaterial und verbessert so die Gesamtkristallqualität des Wafers.
2、Verbesserung der elektrischen Leistung.
Optimierung der Geräteeigenschaften: Durch das Aufwachsen einer Epitaxieschicht auf dem Substrat können die Dotierungskonzentration und die Art des Siliziums präzise gesteuert werden, wodurch die elektrische Leistung des Geräts optimiert wird. Beispielsweise kann die Dotierung der Epitaxieschicht fein eingestellt werden, um die Schwellenspannung von MOSFETs und andere elektrische Parameter zu steuern.
Reduzierung des Leckstroms: Eine hochwertige Epitaxieschicht weist eine geringere Defektdichte auf, was dazu beiträgt, den Leckstrom in Geräten zu reduzieren und dadurch die Leistung und Zuverlässigkeit der Geräte zu verbessern.
3、Verbesserung der elektrischen Leistung.
Reduzierung der Strukturgröße: In kleineren Prozessknoten (z. B. 7 nm, 5 nm) nimmt die Strukturgröße von Geräten immer weiter ab, was raffiniertere und hochwertigere Materialien erfordert. Die Epitaxie-Wachstumstechnologie kann diese Anforderungen erfüllen und die Herstellung leistungsstarker und hochdichter integrierter Schaltkreise unterstützen.
Verbesserung der Durchbruchspannung: Epitaxieschichten können mit höheren Durchbruchspannungen entworfen werden, was für die Herstellung von Hochleistungs- und Hochspannungsgeräten von entscheidender Bedeutung ist. Beispielsweise können Epitaxieschichten in Leistungsgeräten die Durchbruchspannung des Geräts verbessern und so den sicheren Betriebsbereich erhöhen.
4、Prozesskompatibilität und mehrschichtige Strukturen
Mehrschichtstrukturen: Die epitaktische Wachstumstechnologie ermöglicht das Wachstum von Mehrschichtstrukturen auf Substraten, wobei verschiedene Schichten unterschiedliche Dotierungskonzentrationen und -typen aufweisen. Dies ist für die Herstellung komplexer CMOS-Geräte und die Ermöglichung einer dreidimensionalen Integration von großem Vorteil.
Kompatibilität: Der epitaktische Wachstumsprozess ist hochgradig kompatibel mit bestehenden CMOS-Herstellungsprozessen und lässt sich daher problemlos in aktuelle Fertigungsabläufe integrieren, ohne dass wesentliche Änderungen an den Prozesslinien erforderlich sind.
Zusammenfassung: Die Anwendung des epitaktischen Wachstums in CMOS-Siliziumprozessen zielt in erster Linie darauf ab, die Qualität der Waferkristalle zu verbessern, die elektrische Leistung von Geräten zu optimieren, fortschrittliche Prozessknoten zu unterstützen und die Anforderungen der Herstellung integrierter Schaltkreise mit hoher Leistung und hoher Dichte zu erfüllen. Die Epitaxie-Wachstumstechnologie ermöglicht eine präzise Steuerung der Materialdotierung und -struktur und verbessert so die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit von Geräten.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 16. Okt. 2024