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 epitaktischen Schicht kann eine hochwertige monokristalline Siliziumschicht mit geringer Konzentration an Defekten und Verunreinigungen auf dem Substrat entstehen, was für die anschließende Geräteherstellung entscheidend ist.
Gleichmäßige Kristallstruktur: Epitaktisches Wachstum sorgt für eine gleichmäßigere Kristallstruktur, reduziert die Auswirkungen 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 epitaktischen Schicht auf dem Substrat können Dotierungskonzentration und Siliziumart präzise gesteuert und so die elektrische Leistung des Geräts optimiert werden. Beispielsweise kann die Dotierung der epitaktischen Schicht feinjustiert werden, um die Schwellenspannung von MOSFETs und andere elektrische Parameter zu steuern.
Reduzierung des Leckstroms: Eine hochwertige Epitaxieschicht weist eine geringere Defektdichte auf, was zur Reduzierung des Leckstroms in Geräten beiträgt und somit die Leistung und Zuverlässigkeit der Geräte verbessert.
3. Verbesserung der elektrischen Leistung.
Reduzierung der Strukturgröße: Bei kleineren Prozessknoten (z. B. 7 nm, 5 nm) schrumpft die Strukturgröße der Bauelemente weiter, was verfeinerte und hochwertige Materialien erfordert. Die Epitaxietechnologie kann diese Anforderungen erfüllen und die Herstellung von integrierten Schaltkreisen mit hoher Leistung und hoher Dichte unterstützen.
Verbesserung der Durchbruchspannung: Epitaxieschichten können mit höheren Durchbruchspannungen konstruiert werden, was für die Herstellung von Hochleistungs- und Hochspannungsbauelementen entscheidend ist. Beispielsweise können Epitaxieschichten in Leistungsbauelementen die Durchbruchspannung des Bauelements verbessern und so den sicheren Betriebsbereich erweitern.
4. Prozesskompatibilität und Mehrschichtstrukturen
Mehrschichtstrukturen: Epitaktisches Wachstum ermöglicht das Wachstum von Mehrschichtstrukturen auf Substraten, wobei die einzelnen Schichten unterschiedliche Dotierungskonzentrationen und -arten aufweisen. Dies ist äußerst vorteilhaft für die Herstellung komplexer CMOS-Bauelemente und ermöglicht die dreidimensionale Integration.
Kompatibilität: Der epitaktische Wachstumsprozess ist in hohem Maße mit vorhandenen CMOS-Herstellungsprozessen kompatibel und lässt sich daher problemlos in aktuelle Fertigungsabläufe integrieren, ohne dass wesentliche Änderungen an den Prozesslinien erforderlich sind.
Zusammenfassung: Die Anwendung epitaktischer Wachstumsprozesse in CMOS-Siliziumprozessen zielt in erster Linie darauf ab, die Waferkristallqualität zu verbessern, die elektrische Leistung der Bauelemente zu optimieren, fortschrittliche Prozessknoten zu unterstützen und die Anforderungen der Herstellung leistungsstarker und hochdichter integrierter Schaltkreise zu erfüllen. Die epitaktische Wachstumstechnologie ermöglicht eine präzise Steuerung der Materialdotierung und -struktur und verbessert so die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit der Bauelemente.
Veröffentlichungszeit: 16. Oktober 2024