Почему без синтетического сапфира невозможно производство современных микрочипов

Почему без подложки синтетического сапфира невозможно производство современных микрочипов

Сапфировая подложка в микроэлектронике используется как основа, на которую наращивается эпитаксиальный слой кремния, выступающий в роли полупроводника. Данная технологическая связка образует так называемую КНС-структуру (кремний на сапфире), обладающую уникальными диэлектрическими характеристиками. В такой архитектуре физические параметры кристалла и качество прецизионной механической обработки поверхности играют решающую роль. По сути, синтетический корунд обеспечивает изоляцию компонентов, предотвращая паразитные токи. Именно поэтому в высокотехнологичных микрочипах материал сапфир рассматривается как база для гетероэпитаксиальных систем.

Технология КНС в микроэлектронике

Стандартная эпитаксия кремния на поверхности монокристалла неизбежно создает на границе разделов дефектный переходный слой с микродвойниками, число которых при дальнейшем росте уменьшается, а сама пленка становится монокристаллической. Чтобы превратить этот «черновик» в полупроводник, работа проходит в несколько этапов:

• структура облучается ионами кремния, которые проходят сквозь верхний качественный слой и точечно разрушают кристаллическую решетку именно в дефектной зоне, переводя ее в аморфное состояние;
• проводят термический отжиг – при температуре около 1100 градусов происходит рекристаллизация, где верхний неповрежденный слой служит «матрицей» для восстановления нижних слоев;
• финишная обработка – лишний объем кремния удаляется путем термического окисления до достижения строго заданной толщины рабочей пленки.

Благодаря такой глубокой модернизации структуры сапфировые пластины избавляются от внутренних напряжений, обеспечивая высокую проводимость активного слоя.

В чем разница: кремниевая подложка для микросхем или КНС?

Выбор между монокристаллическим кремнием и КНС-решениями зависит от условий эксплуатации будущего устройства. Стандартная кремниевая подложка является гомогенной средой, что упрощает производство, но ограничивает возможности чипа при воздействии радиации или высоких температур. В свою очередь, связка «кремний на сапфире» выигрывает по нескольким параметрам:

• полная электрическая изоляция элементов друг от друга за счет свойств диэлектрика;
• минимизация энергопотребления из-за отсутствия токов утечки в подложку;
• высокая радиационная стойкость, критически важная для аэрокосмической отрасли;
• устойчивость к агрессивным средам и экстремальному нагреву.

Когда необходима максимальная интеграция и защита данных в жестких условиях, КНС становится безальтернативным вариантом.

ЗАО «Ростокс-Н» осуществляет серийный выпуск и реализацию высококачественных основ для микроэлектроники. Мы поставляем готовые решения для широкого спектра промышленных задач. Каждое изделие проходит строгий контроль геометрии и чистоты поверхности.

Для оформления заказа или получения технической консультации свяжитесь с нашими специалистами по телефону +7 (496) 527 35 91 или другим номерам из раздела Контакты.