比較最後更新 2026年10月8日

磊晶晶圓與拋光晶圓的差異

同樣是矽晶圓,僅經研磨的拋光晶圓,與在其上成長磊晶層的磊晶晶圓,表層的本質完全不同。前者是「從晶棒切下的一部分」,後者是「由氣相全新形成的單晶表面」。這項差異反映在閘極氧化層的耐壓、濃度分布的自由度,以及價格上。

Verdict結論

拋光晶圓是將單晶晶棒切片後僅經研磨的晶圓,表層會直接殘留COP(晶體原生凹坑)等源自晶棒的缺陷。磊晶晶圓則是在其上成長數μm~數十μm的單晶矽層,由於表層是新形成的,沒有COP,且基板與表層的雜質濃度、導電型可獨立設計。代價是多了磊晶成長,價格較高。

主要差異

拋光晶圓與磊晶晶圓依比較項目比較
比較項目拋光晶圓磊晶晶圓
表層的形成方式將晶棒切片後研磨的表面在基板上以氣相成長的全新單晶層
COP(晶體原生缺陷)表層存在源自晶體的COP磊晶層中沒有(覆蓋下方的COP)
濃度分布沿用晶棒濃度(沿軸向變化)基板與表層可獨立設計(p+基板/p-磊晶等)
氧濃度含有源自CZ的間隙氧,有利於吸雜磊晶層幾乎不含氧(由基板側補足)
閘極氧化層耐壓(GOI)容易受COP影響良好
成本便宜(作為基準的標準品)因多了磊晶成長製程而較貴
主要用途泛用邏輯、記憶體、一般用途先進CMOS、功率元件、影像感測器、SiC元件
介於兩者之間的選項退火晶圓(以熱處理消除表層COP)―

功率半導體必須使用磊晶晶圓的原因

在垂直型功率MOSFET或IGBT中,耐壓由漂移層的厚度與雜質濃度決定。磊晶晶圓能在低電阻基板上,精密成長出目標濃度與厚度的高電阻層,正是直接實現此結構的手段。反過來說,磊晶層膜厚均勻性與電阻率均勻性的變異,就會直接成為元件耐壓與導通電阻的變異。在SiC元件中,磊晶成長階段也肩負降低基板基面差排的角色。

第三種選擇:退火晶圓

對於只需消除表層COP、不需要濃度設計自由度的用途,過去會選用在氫氣或氬氣氣氛中施以1,200℃左右熱處理的退火晶圓。原因是原子的擴散與重新排列會填補表層的空洞,能以比磊晶成長更便宜的方式得到無缺陷層。退火晶圓曾廣泛用於DRAM等記憶體用途,但隨著無缺陷晶體(完美晶體)量產技術的確立,其定位已有所改變。

選用時應思考「買的是什麼」

選擇拋光晶圓,代表直接接受晶棒的品質;選擇磊晶晶圓,則是以額外成本買下表層的晶體品質與濃度分布。判斷依據包括閘極絕緣層的耐壓要求、所需的濃度分布、吸雜能力要在何處確保,以及產品的價格帶。即使設計相同,改變晶圓種類也會同時影響良率與成本,因此這是元件廠商與矽晶圓廠商共同敲定規格的領域。

常見問題

磊晶晶圓大約貴多少?
磊晶成長採單片處理、每1片逐一花費時間,因此相對於拋光晶圓有明確的價格加成。加成幅度依磊晶層厚度、規格與尺寸而異,並非一律,但在量產時,「元件是否需要磊晶層」會造成足以改變成本結構的差異。
有了磊晶層就不需要吸雜嗎?
並非不需要。磊晶層本身幾乎不含氧,因此本質吸雜(intrinsic gettering)的作用由基板側負責。分工方式是由CZ基板的氧析出物(BMD)捕獲金屬雜質,並在其上方的磊晶層製作元件。
影像感測器為何使用磊晶晶圓?
因為必須盡可能減少造成暗電流的金屬雜質與晶體缺陷。磊晶層晶體品質高、雜質濃度可精密控制,且能在基板側發揮吸雜作用,因此能做出適合處理微弱光訊號之感測器的結構。

延伸閱讀


所屬主題