서브스트레이트 대 에피타시: 반도체 웨이퍼 제조의 두 개의 기둥
May 28, 2025
I. 기질과 부피의 기본 정의
기판그리고시상식반도체 웨이퍼 제조에서 근본적으로 구별되지만 밀접하게 얽혀있는 두 개념입니다.
기판:
기판은 일반적으로 모든 후속 반도체 프로세스의 "기반"으로 사용되는 고 순수, 고품질의 단일 결정 물질입니다.그것은 기계적 지원뿐만 아니라 장치 제조에 필수적인 잘 정리 된 격자 템플릿을 제공합니다.
일반적인 재료는 다음과 같습니다.실리콘 (Si), 실리콘 탄화물 (SiC), 사피르 (Al2O3), 갈륨 아르세나이드 (GaAs) 등
에피타크시:
에피타크시는 기판 표면에 새로운 고품질의 단일 결정적 필름의 통제 된 성장을 의미합니다. 이 필름은 기판 표면으로 알려져 있습니다.부피층.
부피층은 기판과 같은 재료로 만들어질 수 있습니다 (호모 에피타시) 또는 다른 재료의 (헤테로 에피타크시) 의 내용입니다.
II. 웨이퍼 제조 과정에서의 관계
단계 1: 기판 준비
고 순수성 단일 결정 웨이퍼는 Czochralski 프로세스 또는 플로트존 기술과 같은 방법을 사용하여 생산됩니다.웨이퍼가 기판으로 사용할 준비가되었습니다..
2단계: 부피 성장
고품질의 단일 결정층이 기판 표면에 자란다. 부피층은 종종 더 높은 순도, 통제 된 도핑 농도, 정확하게 정의 된 두께,특정 장치 설계 요구 사항을 충족시키기 위해 구조적 결함이 적습니다..
III. 기판 은 무엇 인가? 그 역할 과 의미
기능 1: 기계적 지원
기판은 모든 후속 공정과 장치의 플랫폼으로 작용합니다. 충분한 기계적 강도와 차원 안정성을 갖추어야합니다.
함수 2: 라티스 템플릿
기판의 결정 격자 구조는 대각층의 결정적 품질을 결정하며 이는 장치 성능에 직접 영향을 미칩니다.
기능 3: 전기 기반
기판 재료의 본질적인 전기적 특성은 전도성 및 저항성과 같은 기본 칩 특성에 영향을 미칩니다.
예를 들어:
대부분의 반도체 공장에서는 6인치 단 결정 실리콘 웨이퍼가 출발점으로 사용된다. 거의 모든 CMOS 통합 회로와 광전자 장치는 실리콘 기판으로 시작된다.
IV. 에피타크시 는 무엇 인가? 원칙 과 준비 방법
부근성장 원리:
Epitaxy involves the atomic-scale deposition of a new single crystal layer that aligns with the lattice structure of the underlying substrate—similar to decorating a well-laid foundation with high-grade materials.
일반적인 대두성장 기법:
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증기 단계 에피타시 (VPE):가장 널리 사용되는 방법. 기체형 전초 물질은 고온 반응 챔버에 삽입되어 기질 표면에 퇴적되고 결정화됩니다. 예를 들어,실리콘 에피타시는 종종 실리콘 테트라클로라이드 또는 트리클로로실라인을 가스원으로 사용합니다..- 네
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액체 단계 에피타시 (LPE):물질은 기판에 액체 형태로 퇴적되고 결정화되며, 주로 복합 반도체에 사용됩니다.
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분자 빔 에피타시 (MBE):초고 진공 상태에서 수행되는 고정도 방법, 고급 양자 구조와 슈퍼 레티스를 제조하는 데 이상적입니다.
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금속 유기화학 증기 퇴적 (MOCVD):특히 GaN 및 GaAs와 같은 III-V 반도체에 적합합니다.
에피타크시의 기능:
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표면 순수성 및 평면성 향상:닦은 기판에도 미세한 불완전함이 있습니다.
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맞춤형 전기 및 구조적 특성:특정 기능 요구 사항을 충족시키기 위해 도핑 유형 (N 타입/P 타입), 농도 및 층 두께에 대한 정확한 통제를 허용합니다.
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다층 또는 헤테로 구조를 가능하게 합니다.복수의 양자 우물이나 초열망과 같은 구조에서 필수적입니다.
V. 호모 에피타크시 와 헤테로 에피타크시 의 차이점 과 그 응용 방법
호모에피타크시
기판과 부지층은 동일한 재료로 구성됩니다 (예를 들어, Si 기판의 Si 부지층).
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장점:표면 품질이 크게 향상되고 결함 밀도가 감소하고 장치 생산성과 일관성을 향상시킵니다.
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응용 프로그램:전력 장치 및 통합 회로에서 널리 사용됩니다.
헤테로 에피타크시:
기판과 부지층은 다른 재료 (예를 들어, 사파이어 기판에 GaN 부지층) 이다.
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장점:다른 재료의 바람직한 특성을 결합하여 단일 재료 시스템의 한계를 우회하여 우수한 전기 및 광 성능을 달성합니다.
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단점:라티스 불일치와 열 팽창 계수 차이로 인해 스트레스, 굴절 및 기타 결함이 발생하여 버퍼 계층 또는 구조적 최적화가 필요합니다.
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응용 프로그램:LED, 레이저, 고주파 트랜지스터에서 흔하다. GaN은 종종 사피르, 실리콘 또는 SiC 기판에서 자란다.
VI. 제3세대 반도체 에서 에피타크시 의 중요한 역할
세 번째 세대의 반도체 (예: SiC, GaN) 에서는 거의 모든 첨단 전력 및 광전자 장치가 대축층에 의존합니다.
예제: SiC 장치:
분해 전압과 온 저항과 같은 주요 매개 변수는 부피층의 두께와 도핑 농도에 의해 결정됩니다.SiC 기판은 기계적 지원 및 격자 템플릿을 제공합니다, 하지만 부피층은 실제 장치의 성능을 정의합니다.
두께가 높고 결함이없는 부피층이 많을수록 분해 전압이 높고 성능이 좋습니다.
따라서 넓은 대역 간격 반도체 산업에서, 대동성 성장 기술은 최종 장치의 성능 천장을 직접적으로 정의합니다.
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