Produtos relacionados ao wafer epitaxial

Os produtos epitaxiais são utilizados em quatro áreas. O semicondutor de óxido metálico complementar CMOS oferece suporte a processos de ponta que exigem dispositivos de tamanhos pequenos. Os produtos CMOS são a maior área de aplicação para wafers epitaxiais e são usados ​​por fabricantes de IC para processos de dispositivos não recuperáveis, incluindo microprocessadores e chips lógicos, bem como memória flash e DRAM (memória dinâmica de acesso aleatório) para aplicações de memória. Semicondutores discretos são usados ​​para fabricar componentes que requerem características precisas de Si. A categoria de semicondutores "exóticos" inclui alguns produtos especiais que requerem materiais não-Si, muitos dos quais requerem materiais semicondutores compostos para serem incorporados na camada epitaxial. Os semicondutores de camada enterrada usam regiões fortemente dopadas em componentes de transistores bipolares para isolamento físico, que também é depositado durante o processamento epitaxial.
Os wafers epitaxiais representam 1/3 dos wafers de 200 mm. Em 2000, CMOS para dispositivos lógicos, incluindo camadas enterradas, representavam 69% de todos os wafers epitaxiais, DRAM representavam 11% e dispositivos discretos representavam 20%. Em 2005, a lógica CMOS será responsável por 55%, a DRAM será responsável por 30% e os dispositivos discretos serão responsáveis ​​por 15%.
Dinâmica do mercado
A tendência de aumentar o uso de epiwafers CMOS surgiu desde meados dos anos {{0}}. Durante a "queda" dos semicondutores entre 1997 e 1998, as empresas de IC fizeram melhor uso do estado "real" da superfície de Si de acordo com o "modelo" do processo do dispositivo (taxa mínima de redução da largura da linha). O rápido crescimento das aplicações sem fio e de Internet impulsionou os processos de wafer de 200 mm e 300 mm para tamanhos de 0,18 μm e menores, muitos dos quais são incorporados em complexos sistemas de chip único/em um chip. Para atingir o desempenho exigido do dispositivo e as metas de taxa de custo, os epiwafers são superiores aos wafers polidos porque os epiwafers têm baixa densidade de defeitos, bom desempenho de obtenção de impurezas, boas propriedades elétricas (como efeito de travamento) e são fáceis de fabricar. Os Epiwafers permitem que os fabricantes de dispositivos façam a transição natural de wafers de 200 mm para wafers de 300 mm sem precisar alterar o design, economizando tempo e investimento.
Como o processo tende a se concentrar em epiwafers, o mercado aumentou correspondentemente a oferta de epiwafers para dispositivos CMOS. Antes de 1996, o preço dos epiwafers era significativamente superior ao dos wafers polidos, o que dificultava seu uso como matéria-prima de CI. Em resposta à escassez de wafers na década de 1990, os fabricantes de wafers de Si expandiram sua capacidade de produção, mas isso foi atingido pela depressão industrial entre 1996 e 1998: o excesso de oferta resultou em uma queda acentuada nos preços de Si, uma queda de 50% em {{5} } anos. A queda acentuada nas receitas, aliada à dificuldade em reduzir os custos de produção, forçou os fabricantes de wafer a reduzir os planos de expansão, adiar processos de 300 mm e reduzir o investimento em I&D para reduzir custos. Em 1996, os fabricantes de wafers investiram 55% das suas receitas na expansão da capacidade de produção, mas em 2000, esta percentagem caiu para menos de 10%.
Essas pressões de mercado fizeram com que os fabricantes de wafers reduzissem o preço dos wafers epitaxiais, fazendo com que muitos fabricantes de IC mudassem para wafers epitaxiais de 150 mm e 200 mm, o que lhes permitiu se beneficiar das vantagens de "relação custo/desempenho de propriedade" exibidas pelos wafers epitaxiais. Em 2000, o preço dos wafers epitaxiais de 200 mm de diâmetro era 20% a 30% mais alto do que o dos wafers polidos do mesmo diâmetro, enquanto em meados da década de 2000, os wafers epitaxiais eram 50% mais altos.
Embora o mercado de IC tenha crescido continuamente nos últimos dois anos, a capacidade de produção dos fabricantes de wafers não acompanhou e os wafers estão em falta. A próxima geração de PW de 200 mm e 300 mm requer novos processos de crescimento, que reduzirão enormemente o rendimento e a produção. O desenvolvimento de processos de IC e dispositivos (redução mínima da largura da linha, densidade de defeitos, impurezas e partículas nativas de cristal, questões de COP) são inconsistentes com a falta de wafers de baixo custo na realidade, então a escolha entre wafers polidos e wafers epitaxiais está na agenda. Alternativas aos wafers polidos incluem wafers recozidos em atmosferas de H2 e Ar, ambos eficazes em termos de custo, repetibilidade de fabricação e desempenho do produto. Os wafers epitaxiais requerem grandes lotes de cristais para processamento, o que permite aos fabricantes de wafers expandir a capacidade de produção de substrato existente com pouca ou nenhuma necessidade de adicionar equipamentos adicionais. (Toshiba Ceramics Shin-Etsu Semiconductor, MEMC Electronic Materials, Wacker Siltronic, etc.) Os fabricantes de wafer propuseram vários novos processos epitaxiais para resolver problemas de COP e impurezas enquanto se esforçam para reduzir custos e aumentar a produção.