SiGe w produkcji chipów: profesjonalny raport informacyjny

Ewolucja materiałów półprzewodnikowych

W dziedzinie nowoczesnej technologii półprzewodników nieustające dążenie do miniaturyzacji przesunęło granice tradycyjnych materiałów na bazie krzemu. Aby sprostać wymaganiom w zakresie wysokiej wydajności i niskiego zużycia energii, SiGe (Silicon German) stał się materiałem kompozytowym wybieranym w produkcji chipów półprzewodnikowych ze względu na swoje unikalne właściwości fizyczne i elektryczne. W tym artykule zagłębiamy się wproces epitaksjiSiGe i jego rola we wzroście epitaksjalnym, zastosowaniach naprężonego krzemu i strukturach Gate-All-Around (GAA).

Znaczenie epitaksji SiGe

1.1 Wprowadzenie do epitaksji w produkcji chipów:

Epitaksja, często w skrócie Epi, odnosi się do wzrostu warstwy pojedynczego kryształu na podłożu monokrystalicznym o tym samym układzie sieci. Ta warstwa może być albohomoepitaksjalny (taki jak Si/Si)lub heteroepitaksjalny (taki jak SiGe/Si lub SiC/Si). Do wzrostu epitaksjalnego stosuje się różne metody, w tym epitaksję z wiązek molekularnych (MBE), chemiczne osadzanie z fazy gazowej w ultrawysokiej próżni (UHV/CVD), epitaksję atmosferyczną i pod zmniejszonym ciśnieniem (ATM i RP Epi). W artykule skupiono się na procesach epitaksji krzemu (Si) i krzemu-germanu (SiGe), szeroko stosowanych w produkcji półprzewodnikowych układów scalonych z krzemem jako materiałem podłoża.

1.2 Zalety epitaksji SiGe:

Zawierające pewną część germanu (Ge) podczasproces epitaksjitworzy warstwę monokryształu SiGe, która nie tylko zmniejsza szerokość pasma wzbronionego, ale także zwiększa częstotliwość odcięcia tranzystora (fT). Dzięki temu ma szerokie zastosowanie w urządzeniach wysokiej częstotliwości do komunikacji bezprzewodowej i optycznej. Co więcej, w zaawansowanych procesach układów scalonych CMOS niedopasowanie sieci (około 4%) pomiędzy Ge i Si powoduje naprężenie sieci, zwiększając ruchliwość elektronów lub dziur, a tym samym zwiększając prąd nasycenia urządzenia i szybkość reakcji.

Kompleksowy przebieg procesu epitaksji SiGe

2.1 Obróbka wstępna:

Płytki krzemowe poddaje się wstępnej obróbce w oparciu o pożądane wyniki procesu, polegające przede wszystkim na usunięciu naturalnej warstwy tlenku i zanieczyszczeń z powierzchni płytki. W przypadku silnie domieszkowanych płytek substratowych istotne jest rozważenie, czy konieczne jest uszczelnienie wsteczne w celu ograniczenia samodomieszkowania podczas kolejnychwzrost epitaksji.

2.2 Gazy wzrostowe i warunki:

Gazy krzemowe: silan (SiH₄), dichlorosilan (DCS, SiH₂Cl₂) i trichlorosilan (TCS, SiHCl₃) to trzy najczęściej stosowane źródła gazu krzemowego. SiH₄ nadaje się do niskotemperaturowych procesów pełnej epitaksji, podczas gdy TCS, znany z szybkiego tempa wzrostu, jest szeroko stosowany do wytwarzania grubychepitaksja krzemowawarstwy.

Gaz germanowy: Germane (GeH₄) jest głównym źródłem dodawania germanu, stosowanego w połączeniu ze źródłami krzemu w celu wytworzenia stopów SiGe.

Epitaksja selektywna: Selektywny wzrost osiąga się poprzez dostosowanie względnych szybkościosadzanie epitaksjalneoraz trawienie in situ przy użyciu gazu krzemowego DCS zawierającego chlor. Selektywność wynika z mniejszej adsorpcji atomów Cl na powierzchni krzemu niż na tlenkach lub azotkach, co ułatwia wzrost epitaksjalny. SiH₄, pozbawiony atomów Cl i o niskiej energii aktywacji, jest na ogół stosowany tylko w niskotemperaturowych procesach pełnej epitaksji. Inne powszechnie stosowane źródło krzemu, TCS, ma niską prężność pary i jest cieczą w temperaturze pokojowej, co wymaga barbotowania H₂ w celu wprowadzenia go do komory reakcyjnej. Jest jednak stosunkowo niedrogi i często stosowany ze względu na szybkie tempo wzrostu (do 5 μm/min) do wytwarzania grubszych warstw epitaksji krzemowej, szeroko stosowanych w produkcji krzemowych płytek epitaksyjnych.

Naprężony krzem w warstwach epitaksjalnych

Podczaswzrost epitaksjalny, epitaksjalny monokryształ Si osadza się na zrelaksowanej warstwie SiGe. Ze względu na niedopasowanie sieci między Si i SiGe, warstwa monokryształu Si poddawana jest naprężeniom rozciągającym ze znajdującej się pod nią warstwy SiGe, co znacznie zwiększa mobilność elektronów w tranzystorach NMOS. Technologia ta nie tylko zwiększa prąd nasycenia (Idsat), ale także poprawia szybkość reakcji urządzenia. W przypadku urządzeń PMOS warstwy SiGe są hodowane epitaksjalnie w obszarach źródła i drenu po wytrawieniu, aby wprowadzić naprężenie ściskające w kanale, zwiększając ruchliwość otworów i zwiększając prąd nasycenia.

SiGe jako warstwa ofiarna w strukturach GAA

Podczas produkcji tranzystorów nanodrutowych Gate-All-Around (GAA) warstwy SiGe pełnią rolę warstw protektorowych. Techniki trawienia anizotropowego o wysokiej selektywności, takie jak trawienie warstw quasi-atomowych (quasi-ALE), pozwalają na precyzyjne usuwanie warstw SiGe w celu utworzenia struktur nanodrutów lub nanoarkuszów.

W Semicorex specjalizujemy sięRozwiązania grafitowe powlekane SiC/TaCstosowany w epitaksjalnym wzroście Si w produkcji półprzewodników. Jeśli masz jakieś pytania lub potrzebujesz dodatkowych szczegółów, nie wahaj się z nami skontaktować.

Telefon kontaktowy: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com