Strati e substrati epitassiali di silicio nella produzione di semiconduttori

Substrato

Nel processo di produzione dei semiconduttori, gli strati e i substrati epitassiali di silicio sono due componenti fondamentali che svolgono un ruolo cruciale.Il substrato, realizzato principalmente in silicio monocristallino, funge da base per la produzione di chip semiconduttori. Può entrare direttamente nel flusso di fabbricazione del wafer per produrre dispositivi a semiconduttore o essere ulteriormente elaborato attraverso tecniche epitassiali per creare un wafer epitassiale. Come “base” fondamentale delle strutture dei semiconduttori,il substratogarantisce l'integrità strutturale, prevenendo eventuali fratture o danneggiamenti. Inoltre, i substrati possiedono proprietà elettriche, ottiche e meccaniche distintive fondamentali per le prestazioni dei semiconduttori.

Se i circuiti integrati fossero paragonati ai grattacieli, allorail substratoè senza dubbio il fondamento stabile. Per garantire il suo ruolo di supporto, questi materiali devono mostrare un elevato grado di uniformità nella loro struttura cristallina, simile al silicio monocristallino di elevata purezza. La purezza e la perfezione sono fondamentali per stabilire una base solida. Solo con una base solida e affidabile le strutture superiori possono essere stabili e impeccabili. In poche parole, senza un adattosubstrato, è impossibile costruire dispositivi a semiconduttore stabili e con buone prestazioni.

Epitassia

Epitassiasi riferisce al processo di crescita precisa di un nuovo strato monocristallino su un substrato monocristallino meticolosamente tagliato e lucidato. Questo nuovo strato può essere dello stesso materiale del substrato (epitassia omogenea) o diverso (epitassia eterogenea). Poiché il nuovo strato cristallino segue rigorosamente l’estensione della fase cristallina del substrato, è noto come strato epitassiale, tipicamente mantenuto a uno spessore micrometrico. Ad esempio, nel silicioepitassia, la crescita avviene su uno specifico orientamento cristallografico di asubstrato monocristallino di silicio, formando un nuovo strato cristallino che è coerente nell'orientamento ma varia in resistività elettrica e spessore e possiede una struttura reticolare impeccabile. Il substrato che ha subito una crescita epitassiale è chiamato wafer epitassiale, dove lo strato epitassiale costituisce il valore fondamentale attorno al quale ruota la fabbricazione del dispositivo.

Il valore di un wafer epitassiale risiede nella sua ingegnosa combinazione di materiali. Ad esempio, facendo crescere uno strato sottile diEpitassia del GaNsu un prezzo meno costosowafer di silicio, è possibile ottenere le caratteristiche di ampio gap di banda ad alte prestazioni dei semiconduttori di terza generazione a un costo relativamente inferiore utilizzando materiali semiconduttori di prima generazione come substrato. Tuttavia, le strutture epitassiali eterogenee presentano anche sfide come il disadattamento del reticolo, l’incoerenza dei coefficienti termici e la scarsa conduttività termica, simile alla creazione di impalcature su una base di plastica. Materiali diversi si espandono e si contraggono a velocità diverse al variare della temperatura e la conduttività termica del silicio non è ideale.

Omogeneoepitassia, che fa crescere uno strato epitassiale dello stesso materiale del substrato, è significativo per migliorare la stabilità e l'affidabilità del prodotto. Sebbene i materiali siano gli stessi, la lavorazione epitassiale migliora significativamente la purezza e l'uniformità della superficie del wafer rispetto ai wafer lucidati meccanicamente. La superficie epitassiale è più liscia e pulita, con microdifetti e impurità significativamente ridotti, resistività elettrica più uniforme e controllo più preciso sulle particelle superficiali, sui difetti degli strati e sulle dislocazioni. Così,epitassianon solo ottimizza le prestazioni del prodotto, ma ne garantisce anche la stabilità e l'affidabilità.**

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