A szilícium -epitaxia jellemzői

Szilícium -epitaxiaa modern félvezető gyártás kritikus alapvető folyamata. Arra utal, hogy egy vagy több réteg egy vagy több rétegű szilícium vékony fóliát termeszt, specifikus kristályszerkezetgel, vastagsággal, doppingkoncentrációval és egy pontosan polírozott egykristályos szilícium-szubsztrátra történő beírásra. Ezt a termesztett filmet epitaxiális rétegnek (epitaxiális rétegnek vagy EPI rétegnek) nevezik, és egy epitaxiális réteggel rendelkező szilícium ostyát epitaxiális szilícium ostya nevezzük. Alapjellemzője, hogy az újonnan termesztett epitaxiális szilíciumréteg a szubsztrátrácsszerkezet folytatása a kristálylográfiában, ugyanolyan kristályorientáció fenntartásával, mint a szubsztrát, tökéletes egyetlen kristályszerkezetet képezve. Ez lehetővé teszi, hogy az epitaxiális réteg pontosan megtervezett elektromos tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek különböznek a szubsztrát tulajdonságaitól, ezáltal alapot nyújtanak a nagy teljesítményű félvezető eszközök előállításához.

Vertialis epitaxiális érzékeny a szilícium -epitaxiához

Ⅰ. Mi az a szilícium -epitaxia?

1) Meghatározás: A Szilícium-epitaxia olyan technológia, amely a szilíciumatomokat egykristályos szilícium-szubsztrátumra kémiai vagy fizikai módszerekkel lerakja, és a szubsztrátrácsszerkezet szerint rendezi őket, hogy új, egykristályos szilikon vékony fóliát termeljenek.

2: Az alapvető jellemző az epitaxiális növekedés rendje. A lerakódott szilícium-atomokat nem véletlenszerűen rakják össze, hanem a szubsztrát kristályorientációja szerint vannak elrendezve az atomok által a szubsztrát felületén lévő atomok által biztosított "sablon" irányítása alatt, az atomszintű pontos replikációt elérve. Ez biztosítja, hogy az epitaxiális réteg kiváló minőségű egykristály, nem pedig polikristályos vagy amorf.

3: A szilícium-epitaxia eljárás lehetővé teszi a növekedési réteg (a nanométerektől a mikrométerekig), a dopping típus (N-típusú vagy p-típusú) vastagságának pontos szabályozását és a dopping koncentrációját. Ez lehetővé teszi a különböző elektromos tulajdonságokkal rendelkező régiók kialakulását ugyanazon szilícium ostyán, amely a kulcsa a komplex integrált áramkörök gyártásának.

4） Interfész jellemzői: Az epitaxiális réteg és a szubsztrát között interfész alakul ki. Ideális esetben ez a felület atomilag lapos és szennyeződésmentes. Az interfész minősége azonban kritikus jelentőségű az epitaxiális réteg teljesítménye szempontjából, és minden hibás vagy szennyeződés befolyásolhatja az eszköz végső teljesítményét.

Ⅱ. A szilícium -epitaxia alapelvei

A szilícium epitaxiális növekedése elsősorban attól függ, hogy a szilíciumatomok megfelelő energiát és környezetet biztosítsanak a szubsztrátum felületén, és megtalálják a legkisebb energia rácsos helyzetet a kombinációhoz. A leggyakrabban használt technológia jelenleg a kémiai gőzlerakódás (CVD).

Kémiai gőzlerakódás (CVD): Ez a szilícium -epitaxia elérésének mainstream módszere. Alapvető alapelvei:

● Prekurzor szállítás: A szilícium elemet (prekurzort), például a szilán (SIH4), a diklór-szilánt (SIH2CL2) vagy a triklór-szilán (SIHCl3) és az adalékanyag-gázt (például a foszfin pH3-at (például az N-típusú dopping) és a diborán B2H6 B2H6-t a B2H6-t a P-típusú tompításhoz (például a P-típusú Camer-ben a Diborane B2H6-t) tartalmazó szilán (prekurzor), valamint az adalékanyag-gátt tartalmazza.

● Felszíni reakció: Magas hőmérsékleten (általában 900 ° C és 1200 ° C között) ezek a gázok kémiai bomláson vagy reakción mennek keresztül a melegített szilícium -szubsztrát felületén. Például SIH4 → Si (szilárd)+2H2 (GAS).

● Felszíni migráció és nukleáció: A bomlással előállított szilíciumatomok adszorbeálódnak a szubsztrát felületéhez és vándorolnak a felületen, végül megtalálják a megfelelő rácsos helyet, hogy összekapcsolják és új kislemezt képezzenek.kristályréteg. Az epitaxiális növekedési szilícium minősége nagymértékben függ ennek a lépésnek a szabályozásától.

● Rétegelt növekedés: Az újonnan lerakódott atomréteg folyamatosan megismétli a szubsztrát rácsszerkezetét, rétegenként növekszik, és egy adott vastagságú epitaxiális szilikonréteget képez.

Kulcsfontosságú folyamatparaméterek: A szilícium -epitaxia folyamatának minősége szigorúan ellenőrzött, és a legfontosabb paraméterek a következőket tartalmazzák:

● Hőmérséklet: befolyásolja a reakciósebességet, a felületi mobilitást és a hibaképződést.

● Nyomás: befolyásolja a gázszállítás és a reakció útját.

● Gázáram és arány: meghatározza a növekedési ütem és a dopping koncentrációját.

● Szubsztrátfelület tisztaság: Bármely szennyező anyag lehet a hibák eredete.

● Egyéb technológiák: Bár a CVD a mainstream, a technológiák, például a molekuláris sugár epitaxia (MBE) is használhatók szilícium -epitaxiához, különösen a K + F -ben vagy speciális alkalmazásokban, amelyek rendkívül nagy precíziós szabályozást igényelnek.Az MBE közvetlenül elpárologtatja a szilíciumforrásokat egy rendkívül magas vákuum környezetben, és az atom- vagy molekuláris gerendákat közvetlenül a szubsztrátra vetítik a növekedés érdekében.

Ⅲ. A szilícium -epitaxi technológia speciális alkalmazásai a félvezető gyártásban

A szilícium -epitaxi technológia jelentősen kibővítette a szilícium anyagok alkalmazási körét, és elengedhetetlen része számos fejlett félvezető eszköz gyártásának.

● CMOS technológia: Nagyteljesítményű logikai chipsben (például CPU-k és GPU-k) egy alacsony adalékolt (P− vagy N−) epitaxiális szilíciumréteget gyakran egy erősen dopped (P+ vagy N+) szubsztráton termesztenek. Ez az epitaxiális szilícium ostyaszerkezet hatékonyan elnyomhatja a reteszelő hatást (Latch-UP), javíthatja az eszközök megbízhatóságát, és fenntarthatja a szubsztrát alacsony ellenállását, ami elősegíti a jelenlegi vezetés és a hőeloszlás.

● Bipoláris tranzisztorok (BJT) és bicmos: Ezekben az eszközökben a szilícium -epitaxist használják olyan struktúrák, mint például az alap vagy a kollektor régió pontos felépítésére, és a tranzisztor nyereségét, sebességét és egyéb jellemzőit optimalizálják az epitaxiális réteg doppingkoncentrációjának és vastagságának szabályozásával.

● Képérzékelő (CIS): Egyes képérzékelő alkalmazásokban az epitaxiális szilikon ostyák javíthatják a pixelek elektromos izolálását, csökkenthetik az áthallást és optimalizálhatják a fotoelektromos konverziós hatékonyságot. Az epitaxiális réteg tisztább és kevésbé hibás aktív területet biztosít.

● Fejlett folyamatcsomópontok: Mivel az eszköz mérete továbbra is csökken, az anyagtulajdonságokra vonatkozó követelmények egyre magasabbak. A szilícium -epitaxi technológiát, beleértve a szelektív epitaxiális növekedést (SEG), feszült szilícium- vagy szilícium -germánium (SIGE) epitaxiális rétegek termesztésére használják meghatározott területeken a hordozó mobilitásának javítása érdekében, és ezáltal növelik a tranzisztorok sebességét.

Horizonális epitaxiális érzékeny a szilícium -epitaxiához

Ⅳ.A szilícium -epitaxis technológia problémái és kihívásai

Noha a szilícium -epitaxi technológia érett és széles körben használható, még mindig vannak kihívások és problémák a szilícium -folyamat epitaxiális növekedésében:

● Hibaszabályozás: Különböző kristályhibák, például halmozási hibák, diszlokációk, csúszási vonalak stb. Kezdhetnek az epitaxiális növekedés során. Ezek a hibák súlyosan befolyásolhatják az eszköz elektromos teljesítményét, megbízhatóságát és hozamát. A hibák ellenőrzéséhez rendkívül tiszta környezet, optimalizált folyamatparaméterek és kiváló minőségű szubsztrátok szükségesek.

● Egységesség: Az epitaxiális réteg vastagságának és a dopping koncentrációjának tökéletes egységességének elérése a nagy méretű szilícium ostyákon (például 300 mm) egy folyamatban lévő kihívás. A nem egységesség eltéréseket eredményezhet az eszköz teljesítményében ugyanazon ostya mellett.

● Autodoping: Az epitaxiális növekedési folyamat során a szubsztrátban lévő nagy koncentrációs doppantok a növekvő epitaxiális rétegbe léphetnek a gázfázis-diffúzió vagy a szilárdtest diffúzió révén, ami az epitaxiális réteg dopping koncentrációját a várt értéktől eltér, különösen az epitaxiális réteg és a szubsztrát közötti interfész közelében. Ez az egyik kérdés, amelyet a szilícium -epitaxia folyamatában kell kezelni.

● Felszíni morfológia: Az epitaxiális réteg felületének nagyon síknak kell maradnia, és minden érdességnek vagy felületi hibának (például ködnek) befolyásolják a későbbi folyamatokat, például a litográfiát.

● Költség: Összehasonlítva a szokásos csiszolt szilícium ostyákkal, az epitaxiális szilícium ostyák előállítása további folyamatok és berendezések beruházásait növeli, ami magasabb költségeket eredményez.

● A szelektív epitaxia kihívásai: A fejlett folyamatokban a szelektív epitaxiális növekedés (csak meghatározott területeken történő növekedés) magasabb igényeket mutat a folyamatvezérlésre, például a növekedési ütem szelektivitására, az oldalsó túlnövekedés ellenőrzésére stb.

Ⅴ.Következtetés

Kulcsfontosságú félvezető anyagkészítő technológiaként a legfontosabb jellemzőszilícium -epitaxiaaz a képesség, hogy pontosan növekszik a kiváló minőségű, egykristályos epitaxiális szilíciumrétegek, specifikus elektromos és fizikai tulajdonságokkal az egykristályos szilícium-szubsztrátokon. A szilícium -epitaxia -folyamatban lévő paraméterek, például a hőmérséklet, a nyomás és a légáram pontos szabályozásán keresztül a réteg vastagsága és a dopping eloszlás testreszabható különféle félvezető alkalmazások, például CMO -k, elektromos eszközök és érzékelők igényeinek kielégítésére.

Noha a szilícium epitaxiális növekedése olyan kihívásokkal néz szembe, mint a hibakontroll, az egységesség, az ön-dopping és a költségek, a technológia folyamatos fejlődésével, a szilícium-epitaxia továbbra is az egyik legfontosabb hajtóerő a félvezető eszközök teljesítményének javításának és funkcionális innovációjának előmozdításához, és annak pozíciója az epitaxiális szilikon-hullámok gyártásának helyrehozhatatlan.