シリコン オン サファイア (SOS) の紹介 – 一時的に提供することはできません

シリコン オン サファイア (SOS) の紹介 – 一時的に提供することはできません

SOS技術は、単結晶サファイアやスピネル絶縁体材料を基板として用い、高温エピタキシー法により単結晶シリコン膜を成長させて半導体集積回路を作製する技術です。 SOI CMOS技術の一種です。 サファイア構造上のシリコンは、理想的な分離を実現し、PN 接合の下部で寄生容量を低減します。 したがって、高速で低消費電力を実現する高速大規模シリコン オン サファイア集積回路の作成に適しています。

サファイア上のシリコン

 

1. サファイア基板上にシリコンウェーハを成長させるには?

シリコン・オン・サファイア・エピタキシャルウェーハの成長装置と基本的なプロセスは、一般的なシリコンのホモエピタキシャル成長と同じです。 基板の切断、研磨、洗浄はほぼ同じです。 サファイアはシリコンよりも硬いため、研削と研磨の時間が長くなります。

シリコン オン サファイア プロセスでは、自己ドーピング効果がより深刻になることに注意してください。 SoS エピタキシャル成長の条件下では、次の反応が基板の表面で発生するためです。

Al2O3(s)+2HCl(g)+2H2(g)=2A1Cl(g)↑+3H2O(g)

亜塩化アルミニウムは気体であり、サファイア基板を腐食させ、Si エピタキシャル層に欠陥を生じさせます。 さらに、H2 と堆積したシリコンも基板を腐食し、反応は次のようになります。

2H2(g)+al2O3(s)=al20(g)↑+2H2(g)
5Si(s)+2al2O3(s)=al20(g)↑+5Si(g)↑+2Al(s)

基板の表面が完全に Si で覆われる (少なくともエピタキシャル層が 10 ~ 20 nm に成長する) 前に、上記の腐食反応がすべて進行します。 基板表面が覆われた後、これらの腐食反応は基板の裏面でも発生し、AlO などの汚染を引き起こします。 さらに、基板表面が腐食されるため、シリコンエピ層の欠陥が増加し、局在化した多結晶化さえします。 SiCl4 は SiH4 よりも基板を腐食するため、SOS エピタキシャル成長には SiH4 熱分解法が有利です。

成長と腐食の矛盾を解決するために、デュアルレート成長やツーステップエピタキシーなどのエピタキシャル成長法を使用できます。 デュアルレート成長法は、高い成長速度 (1~2μm/mn) を使用して、サファイア基板表面をすばやくカバーします (成長 100~200nm)。 その後、低成長速度(約0.3m/min)で必要な厚みまで成長させます。

2 段階のエピタキシー法は、SiH4/H2 と SiCl4H2 の 2 つのシステムの利点と組み合わされています。 つまり、SiH4/H2 システムを使用して基板の表面をすばやく覆い、次に SiCl4/2 システムを使用して必要な厚さまで成長させます。

SOS エピタキシャル成長では、基板表面の機械的損傷、成長組成物と基板間の腐食、格子不整合、不適切な原子価結合、歪みにより、エピタキシャル層に高密度の転位、双晶、粒界、およびその他の格子欠陥が必然的に導入されます。効果および他の要因。 これらの欠陥は、Cu や Fe などの重金属不純物と相互作用して、禁制帯に一連の深いエネルギー準位を形成します。 さらに、結晶欠陥があり、キャリア濃度、移動度、および少数キャリアの寿命が短くなります。 したがって、サファイアウェーハ上のSiエピ層の品質はシリコン基板上のものほど良くなく、エピタキシャル層が薄いほど性能が低下します。 ただし、サファイア基板上の Si は、MOS デバイスの要件を満たすことができます。

2. サファイア上のシリコンの欠点

SOSはヘテロエピタキシャル構造です。 シリコン膜の欠陥密度は比較的高いため、少数キャリアの寿命は短く (1 ~ 10 ナノ秒)、バイポーラ デバイスや電荷結合デバイスの作成には適していません。 シリコンアイランドのエッジと裏面界面(シリコン膜-サファイア界面)からのリークは、特別な方法で抑える必要があります。 フローティング基板からのドレイン電流の歪みは、CMOS/SOS 構造をアナログ技術への応用に不利にします。 サファイア単結晶は融点が高く、硬度が高いため、単結晶の作製や加工が困難です。

今後、シリコン オン サファイア メーカーにとって、SOS エピタキシャル層の結晶の整合性を改善し、自己ドーピングを減らし、その性能を均質なシリコン エピタキシャル層のレベルに近づけ、良好な熱安定性を確保することが、開発の重要な課題です。サファイア技術のシリコンの。

ご注意ください:半導体ウェーハ市場と生産ラインの急速な変化により、供給能力はそれに応じて変動しますが、当社のウェブサイトには表示されません。 そのため、私たちはウェブサイト上のすべてのウェーハ情報を説明する権利を留保します。

詳細については、メールでお問い合わせください。 victorchan@powerwaywafer.compowerwaymaterial@gmail.com.

この記事を共有します