衬底是指在半导体工艺中用于支撑、补偿、增加导电性以及降低温度等作用的材料。它是承载晶体管等元件的基础材料,同时也是重要的工艺控制参数之一。
衬底可以分为硅衬底、碳化硅衬底、蓝宝石衬底等。其中,硅衬底是最常见的衬底,主要用于制造CMOS芯片以及各种传感器;碳化硅衬底主要用于高功率电子器件的制造;蓝宝石衬底则用于制造LED等光电器件。
此外,还有其他的衬底材料,如砷化镓、氮化镓等。这些材料的应用范围相对狭窄,主要应用于高频、高功率、高温等特殊领域。
衬底在半导体工艺中具有重要的作用:
1、承载晶体管等元件:衬底是制造晶体管等元件的基础材料,其物理性质和电学性质直接影响着芯片性能。
2、支撑:衬底可以增加芯片的机械强度,确保制造过程中晶体管不会折断或失效。
3、增加导电性:硅衬底常常被掺杂,从而将晶体管的电路与其外界相连,形成完整的电路。
4、降低温度:硅衬底具有良好的热传导性能,可以快速将芯片产生的热量散发到周围环境中,从而降低芯片的温度。
衬底的制备过程因具体材料而异。以硅衬底为例,其制备过程如下:
1、电子级硅的提纯:将粗硅材料经过多次提炼、过滤、结晶等过程提纯得到电子级硅。
2、掺杂:将电子级硅与掺杂源加热混合,控制掺杂源的加热时间和温度,使得杂质原子与硅原子形成化学键,形成所需掺杂浓度。
3、成型:将掺杂后的硅材料通过熔融、FFCVD等成型工艺制成衬底。
整个制备过程需要非常精细的工艺控制以及多次的质量检测,确保制备出的衬底符合设定的物理和电学性质。