Substrat vs Epitaxy: Pilar Dua Pabrik Wafer Semikonduktor

I. Definisi Dasar Substrat dan Epitaxy

SubstratdanEpitaksiadalah dua konsep yang berbeda secara fundamental namun saling terkait erat dalam pembuatan wafer semikonduktor.

Substrat:
Substrat biasanya merupakan bahan kristal tunggal dengan kemurnian tinggi dan berkualitas tinggi yang berfungsi sebagai "dasar" untuk semua proses semikonduktor berikutnya.Ini memberikan tidak hanya dukungan mekanis tetapi juga template kisi terorganisir yang penting untuk pembuatan perangkat.
 

Bahan umum termasuk:Silikon (Si), Karbida Silikon (SiC), Safir (Al2O3), Gallium Arsenide (GaAs), dll.

Epitaxy:
Epitaxy mengacu pada pertumbuhan terkontrol dari film kristal tunggal berkualitas tinggi baru di permukaan substrat.lapisan epitaxial.
Lapisan epitaxial dapat terbuat dari bahan yang sama dengan substrat (Homoepitassi) atau bahan yang berbeda (Heteroepitaxy)).

II. Hubungan dalam proses pembuatan wafer

Langkah 1: Persiapan substrat
Wafer kristal tunggal dengan kemurnian tinggi diproduksi menggunakan metode seperti proses Czochralski atau teknik zona terapung.wafer siap digunakan sebagai substrat.

Tahap 2: Pertumbuhan Epitaxial
Lapisan kristal tunggal berkualitas tinggi tumbuh di permukaan substrat. lapisan epitaxial sering memiliki kemurnian yang lebih tinggi, konsentrasi doping terkontrol, ketebalan yang ditentukan dengan tepat,dan lebih sedikit cacat struktural untuk memenuhi persyaratan desain perangkat tertentu.

III. Apa itu Substrat? Peran dan Significansinya

Fungsi 1: Dukungan Mekanis
Substrat berfungsi sebagai platform untuk semua proses dan perangkat berikutnya.

Fungsi 2: Lattice Template
Struktur kisi kristal substrat menentukan kualitas kristal lapisan epitaxial, yang pada gilirannya secara langsung mempengaruhi kinerja perangkat.

Fungsi 3: Yayasan Listrik
Sifat listrik intrinsik dari bahan substrat mempengaruhi karakteristik dasar chip seperti konduktivitas dan resistivitas.

Contoh:
Sebuah wafer silikon kristal tunggal 6 inci berfungsi sebagai titik awal di sebagian besar pabrik semikonduktor.

Prinsip dan Metode Persiapan

Prinsip Pertumbuhan Epitaxial:
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.

Teknik Pertumbuhan Epitaxial Umum:

• Epitaxy fase uap (VPE):Metode yang paling banyak digunakan. prekursor gas dimasukkan ke dalam ruang reaksi suhu tinggi, di mana mereka deposit dan mengkristal pada permukaan substrat.silikon epitaxy sering menggunakan silikon tetrachloride atau trichlorosilane sebagai sumber gas.Aku tidak tahu.

• Epitaxy fase cair (LPE):Bahan-bahan disimpan dan mengkristal dalam bentuk cair pada substrat, terutama untuk semikonduktor senyawa.

• Epitaxy Sinar Molekuler (MBE):Metode presisi tinggi yang dilakukan di bawah vakum ultra-tinggi, ideal untuk pembuatan struktur kuantum canggih dan superlattice.

• Pengendapan uap kimia logam-organik (MOCVD):Khususnya cocok untuk semikonduktor III-V seperti GaN dan GaAs.

Fungsi Epitaxy:

• Peningkatan kemurnian permukaan dan rata:Bahkan substrat yang dipoles memiliki kekurangan mikroskopis; epitaksi menciptakan lapisan permukaan yang hampir sempurna.

• Sifat-sifat listrik dan struktural yang disesuaikan:Memungkinkan kontrol yang tepat atas jenis doping (tipe N/tipe P), konsentrasi, dan ketebalan lapisan untuk memenuhi persyaratan fungsional tertentu.

• Mengaktifkan Multilayer atau Heterostructures:Penting untuk struktur seperti beberapa sumur kuantum dan superlattice, yang hanya dapat dicapai melalui pertumbuhan epitaxial.

V. Perbedaan Antara Homoepitaxy dan Heteroepitaxy dan Aplikasi Mereka

Homoepitassi:
Substrat dan lapisan epitaxial terdiri dari bahan yang sama (misalnya, lapisan epitaxial Si pada substrat Si).

• Keuntungan:Memungkinkan kualitas permukaan yang jauh lebih baik, mengurangi kepadatan cacat, dan peningkatan hasil dan konsistensi perangkat.

• Aplikasi:Banyak digunakan dalam perangkat daya dan sirkuit terintegrasi.

Heteroepitaxy:
Substrat dan lapisan epitaxial terbuat dari bahan yang berbeda (misalnya, lapisan epitaxial GaN pada substrat safir).

• Keuntungan:Mengkombinasikan sifat yang diinginkan dari bahan yang berbeda untuk mencapai kinerja listrik dan optik yang unggul dengan melewati keterbatasan sistem bahan tunggal.

• Kelemahan:Ketidaksesuaian kisi dan perbedaan koefisien ekspansi termal sering menyebabkan stres, dislokasi, dan cacat lainnya yang membutuhkan lapisan penyangga atau optimasi struktural.

• Aplikasi:Umum dalam LED, laser, transistor frekuensi tinggi. GaN sering tumbuh pada safir, silikon, atau substrat SiC.

VI. Peran Kritis Epitaxy dalam Semikonduktor Generasi Ketiga

Dalam semikonduktor generasi ketiga (misalnya, SiC, GaN), hampir semua perangkat daya dan optoelektronik canggih bergantung pada lapisan epitaxial.

Contoh Perangkat SiC:
Parameter utama seperti tegangan pemecahan dan resistensi on ditentukan oleh ketebalan dan konsentrasi doping lapisan epitaxial.Substrat SiC memberikan dukungan mekanis dan template kisi, tapi lapisan epitaxial mendefinisikan kinerja perangkat yang sebenarnya.

Semakin tebal dan lebih bebas cacat lapisan epitaxial, semakin tinggi tegangan pemecahan dan semakin baik kinerjanya.

Oleh karena itu, dalam industri semikonduktor broad-bandgap, teknologi pertumbuhan epitaxial secara langsung menentukan batas kinerja perangkat akhir.

Produk terkait

Wafer SiC 12 inci Wafer Karbida Silikon 300mm Wafer Dummy Konduktif Kelas N-Tipe Kelas Penelitian

4H/6H P-Type Sic Wafer 4inch 6inch Z Grade P Grade D Grade Off Axis 2.0°-4.0° Ke arah P-type Doping