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    磐石小課堂:襯底和外延有何區別?

    發布時間:2022-8-31 11:13:16      點擊次數:4

    在半導體產業鏈中,特別是第三代半導體(寬禁帶半導體)產業鏈中,會有襯底及外延層之分,那外延層的存在有何意義?和襯底的區別是什么呢?

    首先,先普及一個小概念:晶圓制備包括襯底制備和外延工藝兩大環節。

    襯底(substrate)是由半導體單晶材料制造而成的晶圓片,襯底可以直接進入晶圓制造環節生產半導體器件,也可以進行外延工藝加工生產外延片。

    外延(epitaxy)是指在經過切、磨、拋等仔細加工的單晶襯底上生長一層新單晶的過程,新單晶可以與襯底為同一材料,也可以是不同材料(同質外延或者是異質外延)。由于新生單晶層按襯底晶相延伸生長,從而被稱之為外延層(厚度通常為幾微米,以硅為例:硅外延生長其意義是在具有一定晶向的硅單晶襯底上生長一層具有和襯底相同晶向的電阻率與厚度不同的晶格結構完整性好的晶體),而長了外延層的襯底稱為外延片(外延片=外延層+襯底)。器件制作在外延層上展開。

    對于傳統的硅半導體產業鏈而言,在硅片上制作器件(特別是高頻大功率)無法實現集電區高擊穿電壓,小串聯電阻,小飽和壓降要小的要求。而外延技術的發展則成功地解決了這一困難。解決方案:在電阻極低的硅襯底上生長一層高電阻率外延層,器件制作在外延層上,這樣高電阻率的外延層保證了管子有高的擊穿電壓,而低電阻的襯底又降低了基片的電阻,從而降低了飽和壓降,從而解決了二者的矛盾。

    此外,GaAs等Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族以及其他分子化合物半導體材料的氣相外延、液相外延等外延技術也都得到很大的發展,已成為絕大多數微波器件、光電器件、功率器件等制作不可缺少的工藝技術,特別是分子束、金屬有機氣相外延技術在薄層、超晶格、量子阱、應變超晶格、原子級薄層外延方面的成功應用,為半導體研究的新領域“能帶工程”的開拓打下了夯實的基礎。

    就第三代半導體器件而言,這類半導體器件幾乎都做在外延層上,碳化硅晶片本身只作為襯底。SiC外延材料的厚度、背景載流子濃度等參數直接決定著SiC器件的各項電學性能。高電壓應用的碳化硅器件對于外延材料的厚度、背景載流子濃度等參數提出新的要求。因此,碳化硅外延技術對于碳化硅器件性能的充分發揮具有決定性的作用,幾乎所有SiC功率器件的制備均是基于高質量SiC外延片,外延層的制作是寬禁帶半導體產業重要的一環。


    作者:埃米博士

    來源:知乎


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