لماذا نحتاج إلى إجراء عملية التنقيح على ركائز رقاقة السيليكون؟

في سلسلة صناعة أشباه الموصلات، وخاصة في سلسلة صناعة أشباه الموصلات من الجيل الثالث (أشباه الموصلات واسعة النطاق)، هناك ركائز والفوقيطبقات. ما هي أهميةالفوقيطبقة؟ ما هو الفرق بين الركيزة والركيزة؟

الركيزة هيرقاقةمصنوعة من مواد شبه موصلة أحادية البلورية. يمكن أن تدخل الركيزة مباشرة إلىرقاقةرابط التصنيع لإنتاج أجهزة أشباه الموصلات، أو يمكن معالجتها بهاالفوقيعملية لإنتاج رقائق الفوقي. الركيزة هي الجزء السفلي منرقاقة(قطع الرقاقة، يمكنك الحصول على قالب تلو الآخر، ثم تعبئتها لتصبح الشريحة الأسطورية) (في الواقع، الجزء السفلي من الشريحة مطلي بشكل عام بطبقة من الذهب الخلفي، تستخدم كوصلة "أرضية"، ولكنها مصنوعة في العملية الخلفية)، والقاعدة التي تحمل وظيفة الدعم بأكملها (ناطحة السحاب الموجودة في الشريحة مبنية على الركيزة).

يشير Epitaxy إلى عملية زراعة بلورة مفردة جديدة على ركيزة بلورية واحدة تمت معالجتها بعناية عن طريق القطع والطحن والتلميع وما إلى ذلك. يمكن أن تكون البلورة المفردة الجديدة هي نفس مادة الركيزة، أو يمكن أن تكون مادة مختلفة (مثلي الفوقي أو متغاير الفوقي).
نظرًا لأن الطبقة البلورية المفردة المشكلة حديثًا تنمو على طول الطور البلوري للركيزة، فإنها تسمى الطبقة الفوقية (عادةً ما يكون سمكها عدة ميكرونات). خذ السيليكون كمثال: معنى النمو الفوقي للسيليكون هو نمو طبقة من البلورة ذات بنية شبكية جيدة. على ركيزة بلورية أحادية من السيليكون ذات اتجاه بلوري معين ومقاومة مختلفة وسمك كركيزة)، وتسمى الركيزة ذات الطبقة الفوقي رقاقة الفوقي (رقاقة الفوقي = طبقة الفوقي + الركيزة). يتم تصنيع الجهاز على الطبقة الفوقي.

تنقسم الفوقانية إلى تماثلية الفوقية وتغايرية الفوقية. المثلية الفوقية هي تنمية طبقة الفوقي من نفس المادة مثل الركيزة على الركيزة. ما هي أهمية المثلية؟ – تحسين استقرار المنتج وموثوقيته. على الرغم من أن التماثل المتجانس هو تنمية طبقة الفوقي من نفس المادة مثل الركيزة، على الرغم من أن المادة هي نفسها، إلا أنها يمكن أن تحسن نقاء المادة وتوحيد سطح الرقاقة. بالمقارنة مع الرقائق المصقولة التي تتم معالجتها عن طريق التلميع الميكانيكي، فإن الركيزة التي تتم معالجتها عن طريق الفوقي لديها تسطيح سطحي عالي، ونظافة عالية، وعدد أقل من العيوب الدقيقة، وعدد أقل من الشوائب السطحية. لذلك، تكون المقاومة أكثر تجانسًا، ومن الأسهل التحكم في عيوب السطح مثل جزيئات السطح وأخطاء التراص والخلع. لا يعمل Epitaxy على تحسين أداء المنتج فحسب، بل يضمن أيضًا استقرار المنتج وموثوقيته.
ما هي فوائد صنع طبقة أخرى من ذرات السيليكون الفوقي على ركيزة رقاقة السيليكون؟ في عملية السيليكون CMOS، يعد النمو الفوقي (EPI، الفوقي) على ركيزة الرقاقة خطوة عملية بالغة الأهمية.
1. تحسين جودة الكريستال
عيوب وشوائب الركيزة الأولية: قد تحتوي ركيزة الرقاقة على عيوب وشوائب معينة أثناء عملية التصنيع. يمكن أن يؤدي نمو الطبقة الفوقي إلى توليد طبقة سيليكون بلورية أحادية عالية الجودة ومنخفضة العيوب وتركيز الشوائب على الركيزة، وهو أمر مهم جدًا لتصنيع الأجهزة اللاحقة. بنية بلورية موحدة: يمكن أن يضمن النمو الفوقي بنية بلورية أكثر اتساقًا، ويقلل من تأثير حدود الحبوب والعيوب في مادة الركيزة، وبالتالي تحسين الجودة البلورية للرقاقة بأكملها.
2. تحسين الأداء الكهربائي
تحسين خصائص الجهاز: من خلال تنمية طبقة الفوقي على الركيزة، يمكن التحكم بدقة في تركيز المنشطات ونوع السيليكون لتحسين الأداء الكهربائي للجهاز. على سبيل المثال، يمكن لتطعيم الطبقة الفوقية أن يضبط بدقة جهد العتبة والمعلمات الكهربائية الأخرى لـ MOSFET. تقليل تسرب التيار: تتميز الطبقات الفوقية عالية الجودة بكثافة عيب أقل، مما يساعد على تقليل تسرب التيار في الجهاز، وبالتالي تحسين أداء وموثوقية الجهاز.
3. دعم عقد العملية المتقدمة
تقليل حجم الميزة: في عقد العمليات الأصغر (مثل 7 نانومتر و5 نانومتر)، يستمر حجم ميزة الجهاز في الانكماش، مما يتطلب مواد أكثر دقة وعالية الجودة. يمكن لتكنولوجيا النمو الفوقي تلبية هذه المتطلبات ودعم تصنيع الدوائر المتكاملة عالية الأداء والكثافة. تحسين جهد الانهيار: يمكن تصميم الطبقة الفوقية بحيث تتمتع بجهد انهيار أعلى، وهو أمر بالغ الأهمية لتصنيع الأجهزة عالية الطاقة والجهد العالي. على سبيل المثال، في أجهزة الطاقة، يمكن للطبقة الفوقية أن تزيد من جهد الانهيار للجهاز وتزيد من نطاق التشغيل الآمن.
4. توافق العملية والهيكل متعدد الطبقات
بنية متعددة الطبقات: تسمح تقنية النمو الفوقي بزراعة هياكل متعددة الطبقات على ركيزة، ويمكن أن تحتوي الطبقات المختلفة على تركيزات وأنواع مختلفة من المنشطات. وهذا مفيد جدًا لتصنيع أجهزة CMOS المعقدة وتحقيق التكامل ثلاثي الأبعاد. التوافق: تتوافق عملية النمو الفوقي بشكل كبير مع عمليات تصنيع CMOS الحالية ويمكن دمجها بسهولة في عمليات التصنيع الحالية دون تعديل خطوط العملية بشكل كبير.