El crecimiento de una capa adicional de átomos de silicio sobre un sustrato de oblea de silicio tiene varias ventajas:
En los procesos de silicio CMOS, el crecimiento epitaxial (EPI) sobre el sustrato de la oblea es un paso crítico del proceso.
1. Mejorar la calidad del cristal
Defectos e impurezas iniciales del sustrato: Durante el proceso de fabricación, el sustrato de la oblea puede presentar ciertos defectos e impurezas. El crecimiento de la capa epitaxial permite obtener una capa de silicio monocristalino de alta calidad con bajas concentraciones de defectos e impurezas en el sustrato, lo cual es fundamental para la posterior fabricación del dispositivo.
Estructura cristalina uniforme: El crecimiento epitaxial garantiza una estructura cristalina más uniforme, reduciendo el impacto de los límites de grano y los defectos en el material del sustrato, mejorando así la calidad cristalina general de la oblea.
2. Mejorar el rendimiento eléctrico.
Optimización de las características del dispositivo: Mediante el crecimiento de una capa epitaxial sobre el sustrato, se puede controlar con precisión la concentración de dopaje y el tipo de silicio, optimizando así el rendimiento eléctrico del dispositivo. Por ejemplo, el dopaje de la capa epitaxial se puede ajustar con exactitud para controlar la tensión umbral de los MOSFET y otros parámetros eléctricos.
Reducción de la corriente de fuga: Una capa epitaxial de alta calidad tiene una menor densidad de defectos, lo que ayuda a reducir la corriente de fuga en los dispositivos, mejorando así su rendimiento y fiabilidad.
3. Mejorar el rendimiento eléctrico.
Reducción del tamaño de los componentes: En nodos de proceso más pequeños (como 7 nm y 5 nm), el tamaño de los componentes de los dispositivos sigue disminuyendo, lo que exige materiales más refinados y de mayor calidad. La tecnología de crecimiento epitaxial puede satisfacer estas demandas, lo que permite la fabricación de circuitos integrados de alto rendimiento y alta densidad.
Mejora de la tensión de ruptura: Las capas epitaxiales pueden diseñarse con tensiones de ruptura más elevadas, lo cual es fundamental para la fabricación de dispositivos de alta potencia y alto voltaje. Por ejemplo, en los dispositivos de potencia, las capas epitaxiales pueden mejorar la tensión de ruptura del dispositivo, aumentando así el rango de funcionamiento seguro.
4. Compatibilidad de procesos y estructuras multicapa
Estructuras multicapa: La tecnología de crecimiento epitaxial permite el desarrollo de estructuras multicapa sobre sustratos, con diferentes capas que presentan concentraciones y tipos de dopaje variables. Esto resulta muy beneficioso para la fabricación de dispositivos CMOS complejos y permite la integración tridimensional.
Compatibilidad: El proceso de crecimiento epitaxial es altamente compatible con los procesos de fabricación CMOS existentes, lo que facilita su integración en los flujos de trabajo de fabricación actuales sin necesidad de modificaciones significativas en las líneas de proceso.
Resumen: La aplicación del crecimiento epitaxial en los procesos de silicio CMOS tiene como objetivo principal mejorar la calidad cristalina de las obleas, optimizar el rendimiento eléctrico de los dispositivos, dar soporte a nodos de proceso avanzados y satisfacer las demandas de la fabricación de circuitos integrados de alto rendimiento y alta densidad. La tecnología de crecimiento epitaxial permite un control preciso del dopaje y la estructura del material, mejorando así el rendimiento y la fiabilidad generales de los dispositivos.
Fecha de publicación: 16 de octubre de 2024