サブストラート vs エピタキシ:半導体ウェーファー製造の二重柱
May 28, 2025
I. 基質とエピタキシの基本的定義
基板そしてエピタキシ半導体ウエファー製造における 2つの根本的に異なるものの密接に結びついている概念です.
基板:
基質は,通常,高純度,高品質の単結結晶材料であり,すべての後続的な半導体プロセスの"基礎"として機能する.機械的サポートだけでなく,デバイス製造に必要な順序よく格子テンプレートを提供する.
一般的な材料は以下のとおりです.シリコン (Si),シリコンカービッド (SiC),サファイア (Al2O3),ガリウムアルセニード (GaAs) など
エピタキシー
エピタキシーとは,新鮮で高品質の単結晶膜が基板の表面に制御された成長を指します.この膜は,エピタキシアル層.
エピタキシアル層は基板と同じ材料から作られる (ホモエピタクシー) または別の材料 (ヘテロエピタキシー) について
II. ウェーファー製造過程における関係
ステップ1:基質の準備
高純度な単結晶は,チョクラルスキープロセスや浮遊ゾーン技術などの方法を使用して製造されます.切断,磨き,磨き後,片片は基板として使用できる.
ステップ2: 皮質 成長
質の高い単結晶層が基板の表面に生じます.上軸層はしばしばより高い純度,制御されたドーピング濃度,正確に定義された厚さ,特定の装置設計要件を満たすため,構造上の欠陥が少なくなります.
III. 基板 は 何 です か.その 役割 と 意味
機能1: 機械的サポート
基板は,すべての後のプロセスや装置のプラットフォームとして機能し,十分な機械的強度と寸法安定性を有しなければならない.
機能2: 格子テンプレート
基板の結晶格子構造は,表軸層の結晶質を決定し,これはデバイスの性能に直接影響する.
機能3:電気基盤
基板材料の内在的な電気特性により,導電性と抵抗性などの基本的なチップ特性に影響を与えます.
例として:
半導体工場では,6インチの単結晶シリコンウエファーが出発点となる.ほぼすべてのCMOS集成回路と光電子機器は,シリコン基板から始まる.
エピタキシとは何か
エピタキシャル成長原理:
Epitaxy involves the atomic-scale deposition of a new single crystal layer that aligns with the lattice structure of the underlying substrate—similar to decorating a well-laid foundation with high-grade materials.
常用な頭蓋骨成長技術:
-
蒸気相エピタキシ (VPE):最も広く使用されている方法.高温反応室にガス状の前駆物質を導入し,基板表面に堆積して結晶化する.例えば,シリコンエピタキシはしばしば,ガス源としてシリコンテトラクロリドまたはトリクロロシランを使用します..わかった
-
液体相エピタキシ (LPE):材料は,主に複合半導体のために,基板に液体形式で堆積され結晶されます.
-
分子ビームエピタキシ (MBE):超高真空下で 高精度な方法で 高度な量子構造や超格子を作るのに最適です
-
メタル・オーガニック・化学蒸気堆積 (MOCVD):特にGaNやGaAsのようなIII-V半導体に適しています.
エピタキシの機能:
-
表面の純度と平らさを向上させる磨かれた基板でさえ 微小な欠陥があります エピタクシーは ほぼ欠陥のない表面層を作り出します
-
カスタマイズされた電気的および構造的特性:特定の機能要件を満たすため,ドーピングタイプ (N型/P型),濃度,層厚さの正確な制御を可能にします.
-
複数の層またはヘテロ構造を有効にする:複数の量子井戸や超網のような構造に不可欠です 表面軸の成長によってのみ実現できます
ホモエピタクシーとヘテロエピタクシーとの違いとそれらの応用
ホメオエピタクシー
基板と上軸層は同じ材料 (例えば,Si基板上のSi上軸層) で構成される.
-
利点:表面質を大幅に改善し,欠陥密度を削減し,デバイスの出力と一貫性を向上させる.
-
応用:電力装置や集積回路に広く使われています
ヘテロエピタクシー
基板と上軸層は異なる材料 (例えば,サファイア基板上のGaN上軸層) である.
-
利点:異なる材料の望ましい性質を組み合わせて,単一の材料のシステムの限界を回避して優れた電気的および光学性能を達成する.
-
デメリット:格子不一致と熱膨張係数の違いは,しばしばストレスの発生,外転,その他の欠陥を引き起こし,バッファ層や構造最適化が必要となる.
-
応用:LED,レーザー,高周波トランジスタでは一般的です.GaNはしばしばサファイア,シリコン,またはSiC基板で栽培されます.
VI. 第3世代半導体におけるエピタキシの重要な役割
3代目の半導体 (例えばSiC,GaN) では,ほぼすべての先進的な電源および光電子装置は,表軸層に依存している.
例: SiC 装置:
断熱電圧やオン抵抗などの重要なパラメータは,上軸層の厚さとドーピング濃度によって決定される.SiC基板は,機械的なサポートと格子テンプレートを提供します表面層が実際の装置の性能を決定します
エピタキシアル層が厚く,欠陥がないほど,分解電圧が高く,性能が向上する.
したがって,広帯域半導体産業では,表軸成長技術が最終装置の性能上限を直接決定します.
関連製品
12インチ SiC ウェーファー 300mm シリコンカービッド ウェーファー 導電型 ダミー グレード N型 研究級