શા માટે આપણે સિલિકોન વેફર સબસ્ટ્રેટ્સ પર એપિટાક્સી કરવાની જરૂર છે?

સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ સાંકળમાં, ખાસ કરીને ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર (વાઇડ બેન્ડગેપ સેમિકન્ડક્ટર) ઉદ્યોગ સાંકળમાં, ત્યાં સબસ્ટ્રેટ અનેએપિટેક્સિયલસ્તરો નું મહત્વ શું છેએપિટેક્સિયલસ્તર? સબસ્ટ્રેટ અને સબસ્ટ્રેટ વચ્ચે શું તફાવત છે?

સબસ્ટ્રેટ એ છેવેફરસેમિકન્ડક્ટર સિંગલ ક્રિસ્ટલ મટિરિયલથી બનેલું. સબસ્ટ્રેટ સીધા જ દાખલ કરી શકે છેવેફરસેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણોનું ઉત્પાદન કરવા માટે ઉત્પાદન લિંક, અથવા તેના દ્વારા પ્રક્રિયા કરી શકાય છેએપિટેક્સિયલએપિટેક્સિયલ વેફર્સ ઉત્પન્ન કરવાની પ્રક્રિયા. સબસ્ટ્રેટ તળિયે છેવેફર(વેફરને કાપો, તમે એક પછી એક ડાઇ મેળવી શકો છો, અને પછી તેને સુપ્રસિદ્ધ ચિપ બનવા માટે પેકેજ કરી શકો છો) (હકીકતમાં, ચિપના તળિયે સામાન્ય રીતે બેક ગોલ્ડના સ્તર સાથે પ્લેટેડ કરવામાં આવે છે, જેનો ઉપયોગ "ગ્રાઉન્ડ" કનેક્શન તરીકે થાય છે, પરંતુ તે પાછળની પ્રક્રિયામાં બનાવવામાં આવે છે), અને આધાર જે સમગ્ર સપોર્ટ ફંક્શનને વહન કરે છે (ચિપમાં ગગનચુંબી ઇમારત સબસ્ટ્રેટ પર બનેલ છે).

Epitaxy એ એક જ ક્રિસ્ટલ સબસ્ટ્રેટ પર નવા સિંગલ ક્રિસ્ટલને ઉગાડવાની પ્રક્રિયાનો ઉલ્લેખ કરે છે જેને કાપવા, ગ્રાઇન્ડિંગ, પોલિશિંગ વગેરે દ્વારા કાળજીપૂર્વક પ્રક્રિયા કરવામાં આવી છે. નવું સિંગલ ક્રિસ્ટલ સબસ્ટ્રેટ જેવી જ સામગ્રી હોઈ શકે છે અથવા તે અલગ સામગ્રી હોઈ શકે છે. (હોમોપીટેક્સિયલ અથવા હેટરોપીટેક્સિયલ).
નવા રચાયેલા સિંગલ ક્રિસ્ટલ સ્તર સબસ્ટ્રેટ ક્રિસ્ટલ તબક્કા સાથે વધે છે, તેથી તેને એપિટેક્સિયલ સ્તર કહેવામાં આવે છે (સામાન્ય રીતે ઘણા માઇક્રોન જાડા. સિલિકોનને ઉદાહરણ તરીકે લો: સિલિકોન એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિનો અર્થ સારી જાળી રચના અખંડિતતા સાથે સ્ફટિકના સ્તરને ઉગાડવાનો છે. સિલિકોન સિંગલ ક્રિસ્ટલ સબસ્ટ્રેટ પર ચોક્કસ ક્રિસ્ટલ ઓરિએન્ટેશન અને સબસ્ટ્રેટ તરીકે અલગ પ્રતિકારકતા અને જાડાઈ હોય છે), અને એપિટેક્સિયલ લેયર સાથેના સબસ્ટ્રેટને એપિટેક્સિયલ વેફર (એપિટાક્સિયલ વેફર = એપિટાક્સિયલ લેયર + સબસ્ટ્રેટ) કહેવામાં આવે છે. ઉપકરણનું ઉત્પાદન એપિટેક્સિયલ સ્તર પર હાથ ધરવામાં આવે છે.

એપિટાક્સિઆલિટીને હોમોપીટેક્સિયલિટી અને હેટરોએપિટેક્સિઆલિટીમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે. હોમોપિટેક્સિયલિટી એ સબસ્ટ્રેટ પર સબસ્ટ્રેટની જેમ સમાન સામગ્રીના એપિટેક્સિયલ સ્તરને ઉગાડવાનો છે. હોમિયોપીટેક્સિયલિટીનું મહત્વ શું છે? - ઉત્પાદનની સ્થિરતા અને વિશ્વસનીયતામાં સુધારો. જો કે હોમોપિટેક્સિયલિટી એ સબસ્ટ્રેટ જેવી જ સામગ્રીના એપિટેક્સિયલ સ્તરને ઉગાડવાનો છે, તેમ છતાં સામગ્રી સમાન છે, તે સામગ્રીની શુદ્ધતા અને વેફર સપાટીની એકરૂપતાને સુધારી શકે છે. યાંત્રિક પોલિશિંગ દ્વારા પ્રક્રિયા કરાયેલ પોલિશ્ડ વેફર્સની તુલનામાં, એપિટાક્સિઆલિટી દ્વારા પ્રક્રિયા કરાયેલ સબસ્ટ્રેટમાં સપાટીની સપાટતા, ઉચ્ચ સ્વચ્છતા, ઓછી સૂક્ષ્મ ખામીઓ અને ઓછી સપાટીની અશુદ્ધિઓ હોય છે. તેથી, પ્રતિકારકતા વધુ સમાન છે, અને સપાટીના કણો, સ્ટેકીંગ ફોલ્ટ્સ અને ડિસલોકેશન્સ જેવી સપાટીની ખામીઓને નિયંત્રિત કરવી સરળ છે. Epitaxy માત્ર ઉત્પાદનની કામગીરીમાં સુધારો કરતું નથી, પરંતુ ઉત્પાદનની સ્થિરતા અને વિશ્વસનીયતા પણ સુનિશ્ચિત કરે છે.
સિલિકોન વેફર સબસ્ટ્રેટ પર સિલિકોન પરમાણુના બીજા સ્તરને એપિટેક્સિયલ બનાવવાના ફાયદા શું છે? CMOS સિલિકોન પ્રક્રિયામાં, વેફર સબસ્ટ્રેટ પર એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ (EPI, epitaxial) એ ખૂબ જ જટિલ પ્રક્રિયા પગલું છે.
1. ક્રિસ્ટલ ગુણવત્તામાં સુધારો
પ્રારંભિક સબસ્ટ્રેટ ખામીઓ અને અશુદ્ધિઓ: વેફર સબસ્ટ્રેટમાં ઉત્પાદન પ્રક્રિયા દરમિયાન ચોક્કસ ખામીઓ અને અશુદ્ધિઓ હોઈ શકે છે. એપિટેક્સિયલ સ્તરની વૃદ્ધિ સબસ્ટ્રેટ પર ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી, ઓછી-ખામી અને અશુદ્ધતા-સાંદ્રતાનું સિંગલ-ક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન સ્તર પેદા કરી શકે છે, જે અનુગામી ઉપકરણના ઉત્પાદન માટે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. સમાન સ્ફટિક માળખું: એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ વધુ સમાન સ્ફટિક માળખું સુનિશ્ચિત કરી શકે છે, અનાજની સીમાઓ અને સબસ્ટ્રેટ સામગ્રીમાં ખામીઓનો પ્રભાવ ઘટાડી શકે છે અને આ રીતે સમગ્ર વેફરની સ્ફટિક ગુણવત્તામાં સુધારો કરી શકે છે.
2. વિદ્યુત કામગીરીમાં સુધારો
ઉપકરણની લાક્ષણિકતાઓને ઑપ્ટિમાઇઝ કરો: સબસ્ટ્રેટ પર એપિટેક્સિયલ સ્તરને વધારીને, ઉપકરણના વિદ્યુત પ્રદર્શનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે ડોપિંગ સાંદ્રતા અને સિલિકોનના પ્રકારને ચોક્કસપણે નિયંત્રિત કરી શકાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, એપિટેક્સિયલ લેયરનું ડોપિંગ થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ અને MOSFET ના અન્ય વિદ્યુત પરિમાણોને ચોક્કસ રીતે સમાયોજિત કરી શકે છે. લિકેજ વર્તમાન ઘટાડવો: ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા એપિટેક્સિયલ સ્તરોમાં ખામીની ઘનતા ઓછી હોય છે, જે ઉપકરણમાં લિકેજ પ્રવાહ ઘટાડવામાં મદદ કરે છે, જેનાથી ઉપકરણની કામગીરી અને વિશ્વસનીયતામાં સુધારો થાય છે.
3. અદ્યતન પ્રક્રિયા ગાંઠોને સપોર્ટ કરો
સુવિધાનું કદ ઘટાડવું: નાના પ્રક્રિયા ગાંઠોમાં (જેમ કે 7nm, 5nm), ઉપકરણની વિશેષતાનું કદ સતત સંકોચતું રહે છે, જેમાં વધુ શુદ્ધ અને ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી સામગ્રીની જરૂર પડે છે. એપિટેક્સિયલ ગ્રોથ ટેક્નોલોજી આ જરૂરિયાતોને પૂરી કરી શકે છે અને ઉચ્ચ-પ્રદર્શન અને ઉચ્ચ-ઘનતા સંકલિત સર્કિટ ઉત્પાદનને સમર્થન આપી શકે છે. બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજમાં સુધારો: એપિટેક્સિયલ લેયરને ઉચ્ચ બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ માટે ડિઝાઇન કરી શકાય છે, જે ઉચ્ચ-પાવર અને ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ઉપકરણોના ઉત્પાદન માટે મહત્વપૂર્ણ છે. ઉદાહરણ તરીકે, પાવર ઉપકરણોમાં, એપિટેક્સિયલ સ્તર ઉપકરણના બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજને વધારી શકે છે અને સલામત ઓપરેટિંગ શ્રેણીમાં વધારો કરી શકે છે.
4. પ્રક્રિયા સુસંગતતા અને મલ્ટિ-લેયર સ્ટ્રક્ચર
મલ્ટિ-લેયર સ્ટ્રક્ચર: એપિટેક્સિયલ ગ્રોથ ટેકનોલોજી સબસ્ટ્રેટ પર મલ્ટિ-લેયર સ્ટ્રક્ચર્સ ઉગાડવાની મંજૂરી આપે છે, અને વિવિધ સ્તરોમાં વિવિધ ડોપિંગ સાંદ્રતા અને પ્રકારો હોઈ શકે છે. જટિલ CMOS ઉપકરણોના ઉત્પાદન અને ત્રિ-પરિમાણીય સંકલન હાંસલ કરવા માટે આ ખૂબ જ મદદરૂપ છે. સુસંગતતા: એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા હાલની CMOS ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓ સાથે ખૂબ સુસંગત છે અને પ્રક્રિયા રેખાઓમાં નોંધપાત્ર ફેરફાર કર્યા વિના સરળતાથી હાલની ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓમાં સંકલિત કરી શકાય છે.