Szilícium (SI) epitaxia előkészítő technológia

Szilícium (SI) epitaxiaelőkészítő technológia

Mi az epitaxiális növekedés?

· Az egykristályos anyagok önmagukban nem felelnek meg a különféle félvezető eszközök növekvő előállításának igényeinek. 1959 végén egy vékony rétegegykristályosAnyagnövekedési technológia - az epitaxiális növekedést fejlesztették ki.

Az epitaxiális növekedés azt jelenti, hogy a követelményeknek megfelelő anyagréteget növesztünk olyan egykristályos hordozón, amelyet bizonyos körülmények között vágással, csiszolással és polírozással gondosan feldolgoztak. Mivel a termesztett egyetlen termékréteg a szubsztrátum rácsának meghosszabbítása, a kinőtt anyagréteget epitaxiális rétegnek nevezzük.

Osztályozás az epitaxiális réteg tulajdonságai alapján

·Homogén epitaxia: Aepitaxiális rétegmegegyezik a szubsztrátum anyagával, ami megőrzi az anyag konzisztenciáját, és elősegíti a kiváló minőségű termékszerkezet és elektromos tulajdonságok elérését.

·Heterogén epitaxia: Aepitaxiális rétegkülönbözik a szubsztrát anyagától. A megfelelő szubsztrát kiválasztásával a növekedési feltételek optimalizálhatók, és az anyag alkalmazási tartományát kibővíthetjük, de a rácsos eltérés és a hőtágulási különbségek által okozott kihívások legyőzni kell.

Osztályozás eszközpozíció szerint

Pozitív epitaxia: a kristálynövekedés során a szubsztrátum anyagán epitaxiális réteg kialakulását jelenti, és az eszközt az epitaxiális rétegen készítik el.

Fordított epitaxia: A pozitív epitaxiával ellentétben az eszközt közvetlenül a szubsztráton gyártják, míg az epitaxiális réteg az eszköz szerkezetén képződik.

Alkalmazási különbségek: A két félvezető gyártásban történő alkalmazása a szükséges anyag tulajdonságaitól és az eszközök tervezési követelményeitől függ, és mindegyik alkalmas különböző folyamatáramlásokra és műszaki követelményekre.

Osztályozás epitaxiális növekedési módszerrel

· A közvetlen epitaxia a fűtés, az elektronbombázás vagy a külső elektromos mező használatának módja annak érdekében, hogy a növekvő anyag atomok elegendő energiát kapjanak, és közvetlenül a szubsztrát felületén vándorolnak és letétbe helyezzék az epitaxiális növekedés, például a vákuumlerakódás, a porlasztás, a szublimáció stb. Ennek a módszernek azonban szigorú követelményei vannak a berendezésekre. A film ellenállása és vastagsága gyenge megismételhetőséggel, tehát nem használták a szilícium -epitaxiális termelésben.

· A közvetett epitaxia a kémiai reakciók használata az epitaxiális rétegek lerakására és növekedésére a szubsztrát felületén, amelyet széles körben kémiai gőzlerakódásnak (CVD) hívnak. A CVD által termesztett vékony film azonban nem feltétlenül egyetlen termék. Ezért szigorúan véve csak az egyetlen filmet termelő CVD az epitaxiális növekedés. Ennek a módszernek egyszerű felszerelése van, és az epitaxiális réteg különféle paraméterei könnyebben ellenőrizhetők és jó megismételhetőség. Jelenleg a szilícium -epitaxiális növekedés elsősorban ezt a módszert használja.

Egyéb kategóriák

· Az epitaxiális anyagok atomjainak szubsztrátba történő szállításának módszere szerint vákuum epitaxiára, gázfázis -epitaxiára, folyékony fázis -epitaxiára (LPE) stb.

·A fázisváltási folyamat szerint az epitaxia feloszthatógázfázis -epitaxia, folyadékfázisú epitaxia, ésszilárd fázisú epitaxia.

Az epitaxiális folyamat által megoldott problémák

· Amikor a szilícium-epitaxiális növekedési technológia megkezdődött, akkor az volt az idő, amikor a szilícium magas frekvenciájú és a nagy teljesítményű tranzisztorgyártás nehézségekbe ütközött. A tranzisztor elvének szempontjából a magas frekvenciájú és nagy teljesítmény elérése érdekében a kollektor bontási feszültségének magasnak kell lennie, és a sorozat ellenállásának kicsinek kell lennie, vagyis a telítési feszültségcsökkenésnek kicsinek kell lennie. Az előbbi megköveteli, hogy a kollektor területének ellenállása magas legyen, míg az utóbbinak alacsonynak kell lennie a kollektor területének ellenállásának, és a kettő ellentmondásos. Ha a sorozat ellenállást a kollektor területének vastagságának elvékonyításával csökkentik, akkor a szilícium ostya túl vékony és törékeny ahhoz, hogy feldolgozzuk. Ha az anyag ellenállása csökken, akkor ellentmond az első követelménynek. Az epitaxiális technológia sikeresen megoldotta ezt a nehézséget.

Megoldás:

· Nagy ellenállású epitaxiális réteget növeszteni rendkívül alacsony ellenállású hordozón, és az eszközt az epitaxiális rétegre gyártani. A nagy ellenállású epitaxiális réteg biztosítja a cső nagy áttörési feszültségét, míg az alacsony ellenállású hordozó csökkenti a hordozó ellenállását és a telítési feszültségesést, így feloldja a kettő közötti ellentmondást.

Ezenkívül az epitaxiális technológiák, például a gőzfázisú epitaxia, a folyadékfázisú epitaxia, a molekuláris nyaláb epitaxia és az 1-V család, az 1-V család és más összetett félvezető anyagok, például a GaA-k fém szerves vegyületek gőzfázisú epitaxiája is nagymértékben fejlődött. és nélkülözhetetlen folyamattechnológiákká váltak a legtöbb mikrohullámú ésoptoelektronikai eszközök.

Különösen a molekuláris gerenda sikeres alkalmazása ésfém bio gőzFázisú epitaxia ultravékony rétegekben, szuperrácsokban, kvantumkútban, feszített szuperrácsokban és atomszintes vékonyréteg-epitaxiában megalapozta a félvezető kutatás új területének, a „Band Engineering” új területének fejlesztését.

Az epitaxiális növekedés jellemzői

(1) A magas (alacsony) ellenállású epitaxiális rétegek epitaxiálisan termeszthetők alacsony (magas) rezisztencia szubsztrátokon.

(2) Az N(P) epitaxiális rétegek P(N) szubsztrátumokon nevelhetők, hogy közvetlenül PN csomópontokat képezzenek. Nincs kompenzációs probléma, ha PN átmeneteket készítünk egyetlen hordozón diffúzióval.

(3) A maszkos technológiával kombinálva a kijelölt helyeken szelektív epitaxiális növesztés végezhető, megteremtve a feltételeket az integrált áramkörök és speciális felépítésű eszközök gyártásához.

(4) A dopping típusa és koncentrációja szükség szerint megváltoztatható az epitaxiális növekedés során. A koncentrációváltozás hirtelen vagy fokozatos lehet.

(5) Változó komponenseket tartalmazó heterogén, többrétegű, többkomponensű vegyületek ultravékony rétegei nevelhetők.

(6) Az epitaxiális növekedés az anyag olvadáspontja alatti hőmérsékleten végezhető. A növekedési sebesség szabályozható, és az atomi léptékvastagság epitaxiális növekedése érhető el.

Az epitaxiális növekedés követelményei

(1) A felület legyen sík és világos, felületi hibák, például fényes foltok, gödrök, ködfoltok és csúszási vonalak nélkül.

(2) Jó kristályintegritás, alacsony diszlokáció és halmozási hibasűrűség. Mertszilícium -epitaxia, a diszlokációs sűrűségnek kevesebbnek kell lennie, mint 1000/cm2, a halmozási hiba sűrűségének kevesebbnek kell lennie, mint 10/cm2, és a felületnek fényesnek kell maradnia, miután a krómsav maratási oldattal korrodálják.

(3) Az epitaxiális réteg háttérszennyező-koncentrációja alacsony legyen, és kevesebb kompenzációra van szükség. A nyersanyag tisztaságának magasnak kell lennie, a rendszernek jól tömítettnek, a környezetnek tisztanak kell lennie, és a működésnek szigorúnak kell lennie, hogy elkerülje az idegen szennyeződések beépülését az epitaxiális rétegbe.

(4) Heterogén epitaxia esetén az epitaxiális réteg és a szubsztrát összetételének hirtelen meg kell változnia (kivéve a lassú összetételváltás követelményét), és minimalizálni kell az összetétel kölcsönös diffúzióját az epitaxiális réteg és a szubsztrát között.

(5) A doppingkoncentrációt szigorúan szabályozni kell és egyenletesen el kell osztani, hogy az epitaxiális réteg egységes ellenállással rendelkezik, amely megfelel a követelményeknek. Szükséges, hogy aepitaxiális ostyaUgyanazon kemencében különböző kemencékben termesztettnek következetesnek kell lennie.

(6) Az epitaxiális réteg vastagságának meg kell felelnie a követelményeknek, jó egyenletességgel és ismételhetőséggel.

(7) Az eltemetett réteggel rendelkező hordozón végzett epitaxiális növekedés után az eltemetett réteg mintázatának torzulása nagyon kicsi.

(8) Az epitaxiális lapka átmérőjének a lehető legnagyobbnak kell lennie az eszközök tömeggyártásának megkönnyítése és a költségek csökkentése érdekében.

(9) A termikus stabilitásösszetett félvezető epitaxiális rétegekÉs a heterojunkció -epitaxia jó.