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深度揭秘硅片产业，巨大潜力成就半导体材料之王【附下载】| 智东西内参( 三 )



外延技术指标主要包括外延层厚度及其均匀性、电阻率均匀性、体金属控制、颗粒控制、层错、位错等缺陷控制 。 现阶段人们通过优化外延的反应温度、外延气体的流速、中心及边缘的温度梯度 ， 实现了很高的外延层硅片质量 。 因产品不同和技术升 级的需要 ， 通过不断优化外延工艺 ， 现在已经实现了很高的外延硅片质量 。

另外 ， 现在技术已经可以生成电阻率掺杂元素、掺杂浓度与原始硅片不同的外延层 ， 这样更容易控制生长出来的硅片的电学特性 。 比如可以通过在 P 型硅片上生成一层 N 型硅外延层 ， 这样就形成了一个低浓度参杂的 PN 结 ， 为后续芯片制造中起到优化击穿电压 ， 降低闩锁效应等等目的 。 外延层厚度一般根据使用场景不同而不同 ， 一般逻辑芯片的厚度为 0.5 微米到 5微米左右 ， 功率器件由于需要承受高电压 ， 所以厚度为 50 微米到 100 微米左右 。

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▲外延硅片生长过程
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▲外延片的不同参杂
SW（SOI Wafer）：SOI 全称是 Silicon-On-Insulator（绝缘体上硅） 。 由于 SOI 硅片具有寄生电容小、短沟道效应小、继承密度高、速度快、功耗低等优点 ， 特别是在衬底噪声低这个优点使得 SOI 硅片常常用在射频前端芯片中 。

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▲普通硅片 MOS 结构
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▲SOI 硅片 MOS 结构
制造 SOI 硅片的方法主要有四种：SIMOX 技术、Bonding 技术、Sim-bond 技术和 Smart-CutTM 技术；SOI 硅片的原理比较简单 ， 核心目标就是在衬底中间加入一层绝缘层（一般以二氧化硅 SiO2 为主） 。

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▲四种制造 SOI 硅片技术
从性能参数上来看 ， Smart-CutTM 技术是现在 SOI 硅片制造技术中性能最优异的 。 Simbond 技术性能和 Smart-Cut 技术性能相差不大 ， 但是在顶层硅厚度方面 ， Smart-Cut 技术生产的 SOI 硅片更薄 ， 而且从生产成本来说 ， Smart-Cut 技术可以重复利用硅片 ， 对于未来的大批量生产情况 ， Smart-Cut 技术更有成本优势 ， 所以现在业界公认以 Smart-Cut 技术为未来 SOI 硅片发展方向 。

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▲SOI 硅片不同制造技术的性能对比
SIMOX 技术：SIMOX 全称 Separation by Implanted Oxygen（注氧隔离技术） 。 向晶圆中注入氧原子 ， 然后经过高温退火 ， 使氧原子与周围的硅原子发生反应 ， 生成一层二氧化硅 。 此项技术的难点是控制氧离子注入的深度与厚度 。 对于离子注入技术要求较高 。


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