Substrat et épitaxie

Dans le processus de préparation des plaquettes, il existe deux maillons essentiels : l'un est la préparation du substrat et l'autre est la mise en œuvre du processus d'épitaxie. Le substrat, une tranche soigneusement constituée d'un matériau monocristallin semi-conducteur, peut être directement intégré au processus de fabrication de la tranche comme base pour produire des dispositifs semi-conducteurs, ou améliorer encore les performances grâce au processus d'épitaxie.

Alors, qu'est-ce queépitaxie? En bref, l'épitaxie consiste à faire croître une nouvelle couche de monocristal sur un substrat monocristallin finement travaillé (découpe, meulage, polissage, etc.). Ce nouveau monocristal et le substrat peuvent être constitués du même matériau ou de matériaux différents, de sorte qu'une épitaxie homogène ou hétérogène puisse être réalisée selon les besoins. Étant donné que la couche monocristalline nouvellement développée se dilate en fonction de la phase cristalline du substrat, elle est appelée couche épitaxiale. Son épaisseur n'est généralement que de quelques microns. En prenant le silicium comme exemple, la croissance épitaxiale du silicium consiste à faire croître une couche de monocristal de silicium avec la même orientation cristalline que le substrat, une résistivité et une épaisseur contrôlables, et une structure de réseau parfaite sur un substrat monocristallin de silicium avec une orientation cristalline spécifique. Lorsque la couche épitaxiale se développe sur le substrat, l'ensemble est appelé plaquette épitaxiale.

Pour l'industrie traditionnelle des semi-conducteurs en silicium, la fabrication de dispositifs haute fréquence et haute puissance directement sur des tranches de silicium rencontrera certaines difficultés techniques, telles que la tension de claquage élevée, la petite résistance en série et la faible chute de tension de saturation dans la région du collecteur sont difficiles à réaliser. L’introduction de la technologie épitaxiale résout intelligemment ces problèmes. La solution consiste à faire croître une couche épitaxiale à haute résistivité sur un substrat de silicium à faible résistivité, puis à fabriquer des dispositifs sur la couche épitaxiale à haute résistivité. De cette manière, la couche épitaxiale à haute résistivité fournit une tension de claquage élevée pour le dispositif, tandis que le substrat à faible résistivité réduit la résistance du substrat, réduisant ainsi la chute de tension de saturation, obtenant ainsi un équilibre entre une tension de claquage élevée et une faible résistance. et une faible chute de tension.

En outre,épitaxialedes technologies telles que l'épitaxie en phase vapeur et l'épitaxie en phase liquide de III-V, II-VI et d'autres matériaux semi-conducteurs à composés moléculaires tels que GaAs ont également été considérablement développées et sont devenues des technologies de processus indispensables pour la production de la plupart des dispositifs à micro-ondes, des dispositifs optoélectroniques, de l'énergie dispositifs, etc., en particulier l'application réussie de l'épitaxie par jets moléculaires et en phase vapeur organique métallique dans les couches minces, les super-réseaux, les puits quantiques, les super-réseaux contraints et l'épitaxie atomique en couche mince, qui a jeté une base solide pour le développement de « l'ingénierie des bandes ». , un nouveau domaine de recherche sur les semi-conducteurs.

Quant aux dispositifs semi-conducteurs de troisième génération, ces dispositifs semi-conducteurs sont presque tous réalisés sur la couche épitaxiale, et leplaquette de carbure de siliciumlui-même n’est utilisé que comme substrat. Paramètres tels que l'épaisseur et la concentration de fond en porteurs de SiCépitaxialeLes matériaux déterminent directement les diverses propriétés électriques des dispositifs SiC. Les dispositifs en carbure de silicium destinés aux applications haute tension imposent de nouvelles exigences en matière de paramètres tels que l'épaisseur et la concentration de fond en porteurs des matériaux épitaxiaux. Par conséquent, la technologie épitaxiale au carbure de silicium joue un rôle décisif pour exploiter pleinement les performances des dispositifs en carbure de silicium. Presque tous les dispositifs d'alimentation SiC sont préparés sur la base de haute qualitéPlaquettes épitaxiales SiC, et la production de couches épitaxiales constitue une partie importante de l’industrie des semi-conducteurs à large bande interdite.