半導体製造におけるシリコンエピタキシャル層と基板

基板

半導体製造プロセスにおいて、シリコンエピタキシャル層と基板は重要な役割を果たす 2 つの基本的なコンポーネントです。基板は主に単結晶シリコンでできており、半導体チップ製造の基礎として機能します。ウェーハ製造フローに直接入って半導体デバイスを製造したり、エピタキシャル技術を通じてさらに処理してエピタキシャルウェーハを作成したりできます。半導体構造の基礎となる「基盤」として、基板構造の完全性を確保し、破損や損傷を防ぎます。さらに、基板は、半導体の性能に重要な独特の電気的、光学的、機械的特性を備えています。

集積回路を超高層ビルに例えると、基板間違いなく安定した基盤です。サポート的な役割を確実にするために、これらの材料は、高純度の単結晶シリコンと同様に、結晶構造が高度に均一である必要があります。純粋さと完璧さは、強固な基盤を確立するために不可欠です。しっかりとした信頼性の高い基礎があって初めて、上部構造を安定して完璧に保つことができます。簡単に言えば、適切な基板、安定した性能の良い半導体デバイスを構築することは不可能です。

エピタキシー

エピタキシー細心の注意を払って切断・研磨された単結晶基板上に、新しい単結晶層を精密に成長させる工程を指します。この新しい層は、基板と同じ材料 (均質エピタキシ) であっても、異なる材料 (不均質エピタキシ) であってもよい。新しい結晶層は基板の結晶相の延長に厳密に従うため、エピタキシャル層として知られ、通常はマイクロメートルレベルの厚さに維持されます。例えばシリコンではエピタキシー、成長は特定の結晶方位で起こります。シリコン単結晶基板、方向は一貫しているが、電気抵抗率と厚さは異なり、完璧な格子構造を持つ新しい結晶層を形成します。エピタキシャル成長を経た基板はエピタキシャルウェーハと呼ばれ、エピタキシャル層がデバイス製造の核心となる。

エピタキシャルウェーハの価値は、材料の独創的な組み合わせにあります。たとえば、薄い層を成長させることによって、GaNエピタキシーより安価でシリコンウェーハ、第 1 世代の半導体材料を基板として使用することで、比較的低コストで第 3 世代の半導体の高性能ワイドバンドギャップ特性を実現することが可能です。しかし、不均質なエピタキシャル構造には、格子の不整合、熱係数の不一致、熱伝導率の低さなどの課題もあり、これはプラスチックのベース上に足場を築くのと同様です。材料が異なれば、温度が変化すると膨張および収縮の速度も異なり、シリコンの熱伝導率は理想的ではありません。

同種のエピタキシーは、基板と同じ材料のエピタキシャル層を成長させるものであり、製品の安定性と信頼性を高めるために重要です。材料は同じですが、エピタキシャル処理により、機械的に研磨されたウェーハと比較して、ウェーハ表面の純度と均一性が大幅に向上します。エピタキシャル表面はより滑らかできれいになり、微小欠陥や不純物が大幅に減少し、電気抵抗率がより均一になり、表面粒子、層欠陥、転位がより正確に制御されます。したがって、エピタキシー製品のパフォーマンスを最適化するだけでなく、製品の安定性と信頼性も保証します。**

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