Capas y sustratos epitaxiales de silicio en la fabricación de semiconductores

sustrato

En el proceso de fabricación de semiconductores, las capas epitaxiales y los sustratos de silicio son dos componentes fundamentales que desempeñan un papel crucial.El sustrato, fabricado principalmente de silicio monocristalino, sirve como base para la fabricación de chips semiconductores. Puede ingresar directamente al flujo de fabricación de oblea para producir dispositivos semiconductores o procesarse adicionalmente mediante técnicas epitaxiales para crear una oblea epitaxial. Como “base” fundamental de las estructuras semiconductoras,el sustratoasegura la integridad estructural, evitando fracturas o daños. Además, los sustratos poseen propiedades eléctricas, ópticas y mecánicas distintivas que son críticas para el rendimiento de los semiconductores.

Si los circuitos integrados se comparan con los rascacielos, entoncesel sustratoEs sin duda la base estable. Para garantizar su función de soporte, estos materiales deben exhibir un alto grado de uniformidad en su estructura cristalina, similar al silicio monocristalino de alta pureza. La pureza y la perfección son fundamentales para establecer una base sólida. Sólo con una base sólida y confiable las estructuras superiores pueden ser estables e impecables. En pocas palabras, sin un adecuadosustrato, es imposible construir dispositivos semiconductores estables y de buen rendimiento.

epitaxia

epitaxiase refiere al proceso de hacer crecer con precisión una nueva capa monocristalina sobre un sustrato monocristalino meticulosamente cortado y pulido. Esta nueva capa puede ser del mismo material que el sustrato (epitaxia homogénea) o diferente (epitaxia heterogénea). Dado que la nueva capa cristalina sigue estrictamente la extensión de la fase cristalina del sustrato, se la conoce como capa epitaxial y normalmente se mantiene a un espesor de nivel micrométrico. Por ejemplo, en silicioepitaxia, el crecimiento se produce en una orientación cristalográfica específica de unsustrato monocristalino de silicio, formando una nueva capa cristalina que es consistente en orientación pero varía en resistividad eléctrica y espesor, y posee una estructura reticular impecable. El sustrato que ha experimentado un crecimiento epitaxial se denomina oblea epitaxial, siendo la capa epitaxial el valor central alrededor del cual gira la fabricación del dispositivo.

El valor de una oblea epitaxial reside en su ingeniosa combinación de materiales. Por ejemplo, al hacer crecer una fina capa deepitaxia de GaNen un menos costosooblea de silicio, es posible lograr las características de banda prohibida ancha de alto rendimiento de los semiconductores de tercera generación a un costo relativamente menor utilizando materiales semiconductores de primera generación como sustrato. Sin embargo, las estructuras epitaxiales heterogéneas también presentan desafíos como la falta de coincidencia de la red, la inconsistencia en los coeficientes térmicos y la mala conductividad térmica, similar a la instalación de un andamio sobre una base de plástico. Diferentes materiales se expanden y contraen a diferentes velocidades cuando cambian las temperaturas, y la conductividad térmica del silicio no es ideal.

Homogéneoepitaxia, en el que crece una capa epitaxial del mismo material que el sustrato, es importante para mejorar la estabilidad y confiabilidad del producto. Aunque los materiales son los mismos, el procesamiento epitaxial mejora significativamente la pureza y uniformidad de la superficie de la oblea en comparación con las obleas pulidas mecánicamente. La superficie epitaxial es más suave y limpia, con microdefectos e impurezas significativamente reducidos, resistividad eléctrica más uniforme y un control más preciso sobre las partículas de la superficie, fallas de capas y dislocaciones. De este modo,epitaxiano solo optimiza el rendimiento del producto sino que también garantiza su estabilidad y confiabilidad.**

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