2024-12-20
Udviklingen af halvledermaterialer
Inden for moderne halvlederteknologi har den ubarmhjertige drivkraft mod miniaturisering rykket grænserne for traditionelle siliciumbaserede materialer. For at imødekomme kravene til høj ydeevne og lavt strømforbrug er SiGe (Silicon Germanium) dukket op som et udvalgt kompositmateriale i fremstilling af halvlederchips på grund af dets unikke fysiske og elektriske egenskaber. Denne artikel dykker ned iepitaksi procesaf SiGe og dets rolle i epitaksial vækst, anstrengte siliciumapplikationer og Gate-All-Around (GAA) strukturer.
Betydningen af SiGe-epitaxi
1.1 Introduktion til epitaksi i chipfremstilling:
Epitaksi, ofte forkortet som Epi, henviser til væksten af et enkeltkrystallag på et enkeltkrystalsubstrat med det samme gitterarrangement. Dette lag kan være entenhomoepitaxial (såsom Si/Si)eller heteroepitaksial (såsom SiGe/Si eller SiC/Si). Forskellige metoder anvendes til epitaksial vækst, herunder Molecular Beam Epitaxy (MBE), Ultra-High Vacuum Chemical Vapor Deposition (UHV/CVD), Atmosfærisk og Reduceret Tryk Epitaksi (ATM & RP Epi). Denne artikel fokuserer på epitaksiprocesserne for silicium (Si) og silicium-germanium (SiGe), der er meget udbredt i produktion af integrerede halvlederkredsløb med silicium som substratmateriale.
1.2 Fordele ved SiGe Epitaxy:
Inkorporering af en vis andel germanium (Ge) i løbet afepitaksi procesdanner et SiGe enkeltkrystallag, der ikke kun reducerer båndgabets bredde, men også øger transistorens afskæringsfrekvens (fT). Dette gør den meget anvendelig i højfrekvente enheder til trådløs og optisk kommunikation. I avancerede CMOS integrerede kredsløbsprocesser introducerer gittermismatchet (ca. 4%) mellem Ge og Si gitterspænding, hvilket øger mobiliteten af elektroner eller huller og dermed øger enhedens mætningsstrøm og responshastighed.
Det omfattende SiGe-epitaksiprocesflow
2.1 Forbehandling:
Siliciumwafers er forbehandlet baseret på de ønskede procesresultater, primært indebærer fjernelse af det naturlige oxidlag og urenheder på waferoverfladen. For stærkt doterede substratwafere er det afgørende at overveje, om bagforsegling er nødvendig for at reducere autodoping under efterfølgendeepitaksi vækst.
2.2 Vækstgasser og -betingelser:
Siliciumgasser: Silan (SiH4), Dichlorsilan (DCS, SiH₂Cl₂) og Trichlorsilan (TCS, SiHCl₃) er de tre mest almindeligt anvendte siliciumgaskilder. SiH₄ er velegnet til fuld-epitaksi-processer ved lav temperatur, mens TCS, der er kendt for sin hurtige væksthastighed, er meget udbredt til fremstilling af tykkesilicium epitaksilag.
Germaniumgas: Germane (GeH₄) er den primære kilde til tilsætning af germanium, der bruges sammen med siliciumkilder til at danne SiGe-legeringer.
Selektiv epitaksi: Selektiv vækst opnås ved at justere de relative hastigheder afepitaksial aflejringog in situ ætsning under anvendelse af chlorholdig siliciumgas DCS. Selektiviteten skyldes, at adsorptionen af Cl-atomer på siliciumoverfladen er mindre end på oxider eller nitrider, hvilket letter epitaksial vækst. SiH4, der mangler Cl-atomer og med lav aktiveringsenergi, anvendes generelt kun til fuld-epitaksi-processer ved lav temperatur. En anden almindeligt anvendt siliciumkilde, TCS, har lavt damptryk og er flydende ved stuetemperatur, hvilket kræver H2-bobling for at indføre det i reaktionskammeret. Det er dog relativt billigt og bruges ofte på grund af sin hurtige væksthastighed (op til 5 μm/min) til at dyrke tykkere siliciumepitaksilag, der er almindeligt anvendt i produktion af siliciumepitaksi.
Anspændt silicium i epitaksiale lag
Underepitaksial vækst, er epitaksial enkeltkrystal Si aflejret på et afslappet SiGe-lag. På grund af gittermisforholdet mellem Si og SiGe udsættes Si-enkeltkrystallaget for trækspænding fra det underliggende SiGe-lag, hvilket væsentligt forbedrer elektronmobiliteten i NMOS-transistorer. Denne teknologi øger ikke kun mætningsstrømmen (Idsat), men forbedrer også enhedens responshastighed. For PMOS-enheder dyrkes SiGe-lag epitaksielt i source- og dræn-regionerne efter ætsning for at indføre trykspænding på kanalen, hvilket forbedrer hulmobiliteten og øger mætningsstrømmen.
SiGe som et offerlag i GAA-strukturer
Ved fremstilling af Gate-All-Around (GAA) nanotrådtransistorer fungerer SiGe-lag som offerlag. Anisotropiske ætsningsteknikker med høj selektivitet, såsom kvasi-atomisk lagætsning (quasi-ALE), giver mulighed for præcis fjernelse af SiGe-lag for at danne nanotråd- eller nanopladestrukturer.
Vi hos Semicorex er specialiserede iSiC/TaC-belagte grafitopløsningeranvendt i Si epitaksial vækst i halvlederfremstilling, hvis du har nogen forespørgsler eller har brug for yderligere detaljer, så tøv ikke med at kontakte os.
Kontakt telefon: +86-13567891907
E-mail: sales@semicorex.com