在晶圆衬底上生长外延层的必要性

文章来源：老虎说芯

原文作者：老虎说芯

本文从多个角度分析了在晶圆衬底上生长外延层的必要性。

硅片衬底上再做一层硅原子外延，这样做有什么好处呢？在CMOS硅工艺中，晶圆衬底上进行外延生长（EPI，epitaxial）是一项非常关键的工艺步骤。

1.提高晶体质量

初始衬底缺陷和杂质：晶圆衬底在制造过程中可能会有一定的缺陷和杂质。外延层的生长可以在衬底上生成一个高质量、缺陷和杂质浓度低的单晶硅层，这对于后续的器件制造非常重要。

均匀的晶体结构：外延生长可以保证一个更均匀的晶体结构，减少衬底材料中的晶界和缺陷的影响，从而提高整个晶圆的晶体质量。

2.改善电气性能

优化器件特性：通过在衬底上生长外延层，可以精确控制硅的掺杂浓度和类型，优化器件的电气性能。例如，外延层的掺杂可以精确调节MOSFET的阈值电压和其他电学参数。

减少漏电流：高质量的外延层具有较低的缺陷密度，这有助于减少器件中的漏电流，从而提高器件的性能和可靠性。

3.支持先进工艺节点

缩小特征尺寸：在更小的工艺节点（例如7nm、5nm）中，器件特征尺寸不断缩小，要求更加精细和高质量的材料。外延生长技术能够满足这些要求，支持高性能和高密度的集成电路制造。

提高抗击穿电压：外延层可以设计成具有较高的抗击穿电压，这对于制造高功率和高电压器件非常关键。例如，在功率器件中，外延层可以提高器件的击穿电压，增加安全工作范围。

4.工艺兼容性和多层结构

多层结构：外延生长技术允许在衬底上生长多层结构，不同层次可以具有不同的掺杂浓度和类型。这对于制造复杂的CMOS器件和实现三维集成非常有帮助。

兼容性：外延生长工艺与现有的CMOS制造工艺高度兼容，容易集成到现有的制造流程中，不需要大幅度修改工艺线路。

小结：外延生长在CMOS硅工艺中的应用主要是为了提高晶圆的晶体质量，优化器件的电气性能，支持先进工艺节点，满足高性能和高密度集成电路的制造需求。通过外延生长技术，可以精确控制材料的掺杂和结构，提高整体器件的性能和可靠性。