Эпитаксиальные кремниевые пластины
Эпитаксиальные пластины Si/Si с CVD-слоями 0,5–200 мкм. Для CMOS-сенсоров, MOSFET, IGBT. Однородность ±1–3%.
Что такое кремниевые эпитаксиальные пластины?
Кремниевые эпитаксиальные (эпи) пластины — это инженерные подложки, в которых монокристаллический слой кремния (эпи-слой) выращивается методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) на полированной кремниевой подложке. Определяющая особенность гомоэпитаксии состоит в том, что осаждаемая плёнка воспроизводит кристаллическую структуру нижележащей подложки, обеспечивая атомарное соответствие через границу раздела. В отличие от массивных пластин, где удельное сопротивление и легирование однородны по всей толщине, эпитаксиальные пластины разделяют электрические свойства активной области прибора (эпи-слоя) и механической несущей подложки, позволяя реализовать конструкции приборов, невозможные на одном лишь массивном кремнии.
GINECHIP поставляет эпитаксиальные пластины с заказными профилями легирования: однородным (постоянное удельное сопротивление по толщине эпи-слоя), градиентным (переход сопротивления между двумя целевыми значениями), многослойным (различные эпи-подслои с разным легированием) и структурами со скрытым слоем, где на границе подложка/эпи создаётся сильнолегированная область для вертикального сбора тока. Толщины от 0,5μm (сверхтонкие для передового CMOS) до 200μm (области дрейфа силовых приборов) изготавливаются на CVD-реакторах атмосферного или пониженного давления с жёсткой однородностью толщины ±1% и легирования ±3% по пластинам 300mm.
Каждая партия эпитаксиальных пластин аттестуется с помощью FTIR-картирования толщины, картирования удельного сопротивления ртутным зондом или четырёхзондовым методом, SRP (профилирование растекания сопротивления) для разрешённого по глубине профиля концентрации носителей, SIMS для подтверждения вида легирующей примеси и анализа кривой качания XRD для подтверждения монокристаллического качества эпитаксии. Полный CoA прилагается к каждой поставке от партнёрских производств, сертифицированных по ISO 9001:2015.
Архитектура поперечного сечения эпи-пластины
Монокристаллический кремний приборного качества, выращенный методом CVD-эпитаксии. Заказное легирование (As/P/B), удельное сопротивление 0,01–1000 Ω·cm. Плотность дефектов < 0,5 дефектов упаковки/см² с атомарным соответствием границы раздела подложке.
Резкий или градиентный переход легирования между подложкой и эпи-слоем. Ширина перехода контролируется циклами продувки реактора и скоростью подъёма температуры. На этой границе при необходимости может быть сформирован скрытый слой (n⁺ или p⁺).
Полированная монокристаллическая кремниевая подложка, обеспечивающая механическую поддержку, а в вертикальных приборах — низкоомный путь тока к контакту на обратной стороне. Легирование подложки выбирается независимо от эпи-слоя.
Варианты профилей легирования эпи-слоя
Профиль легирования по эпитаксиальному слою — главный проектный параметр эпи-пластин, определяющий электрические характеристики приборов, изготавливаемых на этом слое. GINECHIP предлагает четыре конфигурации профиля легирования под ваши требования.
Однородное легирование
Постоянное удельное сопротивление по всей толщине эпи-слоя
Постоянный поток легирующей примеси при CVD-осаждении обеспечивает однородное удельное сопротивление. Это наиболее востребованный профиль для областей дрейфа силовых MOSFET, поглощающих слоёв CMOS-сенсоров и эпи-слоёв аналоговых ИС.
Градиентное легирование
Переход удельного сопротивления между двумя целевыми значениями
Поток легирующего газа наращивается во время осаждения для создания контролируемого градиента удельного сопротивления. Применяется в PIN-диодах для оптимизации профиля поля и в биполярных транзисторах для создания встроенного дрейфового поля, снижающего время пролёта базы.
Многослойный
Два или более отдельных эпи-подслоя с разным легированием
Последовательное осаждение со сменой легирующего газа между слоями позволяет формировать сложные вертикальные профили легирования. Необходимо для суперпереходных MOSFET с чередующимися n/p-столбами и IGBT с полеостанавливающими и буферными слоями.
Скрытый слой
Сильнолегированная область на границе подложка/эпи
Скрытый подслой коллектора формируется высокодозной имплантацией или диффузией в подложку до эпитаксии, после чего выполняется заращивание эпи-слоем. Низкоомный скрытый слой служит контактом коллектора в вертикальных NPN-биполярных транзисторах для процессов BiCMOS и RF HBT.
Химия процесса CVD-эпитаксии
Кремниевая эпитаксия выполняется методом химического осаждения из газовой фазы, при котором кремнийсодержащий газ-прекурсор термически разлагается на поверхности пластины, осаждая атомы кремния, которые эпитаксиально упорядочиваются на решётке подложки. Выбор прекурсора определяет скорость осаждения, температурное окно и эффекты хлорной химии.
| Параметр | Силан (SiH₄) | Дихлорсилан (SiH₂Cl₂) | Трихлорсилан (SiHCl₃) |
|---|---|---|---|
| Температура осаждения | 650–900°C | 1050–1150°C | 1100–1200°C |
| Режим давления | Атмосферное или пониженное (10–100 Torr) | Атмосферное или пониженное (40–760 Torr) | Атмосферное (760 Torr) |
| Скорость осаждения | 0.2–2 μm/min (lower T) | 0,5–3 μm/min (умеренная) | 1–5 μm/min (наивысшая) |
| Побочный продукт HCl | Нет | Да (2 HCl на каждый осаждённый Si) | Да (3 HCl на каждый осаждённый Si) |
| Чувствительность к сдвигу рисунка | Высокая (без Cl-травления) | Умеренная (некоторое Cl-травление) | Низкая (Cl-травление компенсирует) |
| Подавление автолегирования | Ограниченное (без связывания Cl) | Хорошее (HCl травит поверхностные легирующие примеси) | Отличное (высокое связывание Cl) |
| Встраивание легирующей примеси | Высокая эффективность встраивания As/P/B | Умеренная; управляется хлорной химией | Ниже; сильная конкуренция Cl |
| Оптимально для | Низкотемпературная селективная эпитаксия, тонкие слои, SiGe | Универсальная эпитаксия, 100–200mm | Толстая эпитаксия для силовых приборов, 150–200mm |
Применения и рыночные сегменты
CMOS Image Sensors (CIS)
High-resistivity p/p⁺ epitaxial wafers for backside-illuminated (BSI) CMOS image sensors. Thick, low-defect epi layers provide the photon absorption region with long carrier diffusion lengths and low dark current for high quantum efficiency.
Power MOSFETs & IGBTs
Thick n-type epi layers (10–150μm) on heavily-doped n⁺ substrates form the voltage-blocking drift region in vertical power MOSFETs, IGBTs, and super-junction devices. Epi resistivity directly determines breakdown voltage rating (BV<sub>DSS</sub>).
BiCMOS & RF Bipolar
Buried-layer epitaxy for BiCMOS processes: n⁺ sub-collector buried layer followed by n-type epi for the collector region. Enables high-f<sub>T</sub> SiGe HBTs with f<sub>max</sub> exceeding 300 GHz for mmWave RF front-ends.
Discrete Diodes & Rectifiers
Epitaxial Si wafers for PIN diodes, Schottky rectifiers, Zener diodes, and TVS protection devices. Custom epi resistivity and thickness profiles optimize forward voltage, reverse recovery, and breakdown characteristics.
MEMS on Epi
Epitaxial silicon as the structural layer in MEMS inertial sensors and pressure transducers. Epi-poly deposition on sacrificial oxide enables thick, low-stress polysilicon structural layers for surface micromachined accelerometers and gyroscopes.
Analog & Mixed-Signal ICs
High-resistivity epitaxial layers on low-resistivity substrates for analog ICs. The low-resistance substrate provides a solid ground plane while the high-resistivity epi reduces substrate coupling and crosstalk between analog blocks.
Radiation Detectors
Ultra-high-resistivity (>1 kΩ·cm) thick epitaxial wafers for silicon radiation detectors and particle physics sensors. Full depletion at moderate bias voltages enables high charge collection efficiency for X-ray, gamma, and charged-particle detection.
Advanced Memory Devices
Epitaxial silicon for DRAM cell capacitors, 3D NAND channel material, and emerging memory technologies (RRAM, MRAM). Defect-free epi surfaces enable high-quality gate dielectric growth and low leakage.
Технические характеристики
| Параметр | Доступный диапазон / значения |
|---|---|
| Epi Layer Thickness | 0.5μm – 200μm (standard); ultra-thin 50nm on request |
| Thickness Uniformity | ±1% within-wafer (Std Dev on 300mm); ±2% on 200mm |
| Doping Species | Arsenic (n-type), Phosphorus (n-type), Boron (p-type) |
| Resistivity Range | 0.01 – 1000 Ω·cm (custom doping; ±3% uniformity on 300mm) |
| Doping Profile Types | Uniform, graded, multi-layer, buried layer (sub-collector) |
| Transition Width (sub/epi) | < 5% of epi layer thickness (abrupt interface control) |
| Substrate Wafer Diameters | 100mm (4″), 150mm (6″), 200mm (8″), 300mm (12″) |
| Substrate Orientations | 〈100〉, 〈111〉, 〈110〉; off-cut to ±0.5° on request |
| Substrate Resistivity | 0.001 – 10,000 Ω·cm (CZ or FZ; n-type or p-type) |
| Deposition Method | CVD epitaxy (SiH₄, SiHCl₃, SiH₂Cl₂); atmospheric or reduced pressure |
| Epi Defect Density | < 0.5 stacking faults/cm²; < 10 dislocations/cm² (Class 100 cleanroom) |
| Backside Treatment | Polished, etched, or polysilicon back-seal for autodoping suppression |
Метрология и обеспечение качества
Качество эпитаксиальных пластин подтверждается протоколом характеризации с использованием нескольких методов, охватывающим толщину, легирование, качество кристалла и качество поверхности. Каждая партия поставляется с полным сертификатом анализа.
Готовы заказать эпитаксиальные пластины?
Укажите толщину эпи-слоя, удельное сопротивление (или концентрацию легирования), тип легирования, тип профиля (однородный/градиентный/многослойный/скрытый слой), диаметр и ориентацию подложки, а также количество — наши специалисты по эпитаксии предоставят подробное коммерческое предложение со спецификациями метрологии в течение 24 часов.