Mi az a félvezető epitaxiás folyamat?

Ideális integrált áramkörök vagy félvezető eszközök tökéletes kristályos alaprétegre építeni. Aepitaxia(epi) eljárás a félvezetőgyártásban egy finom, általában körülbelül 0,5-20 mikronos egykristályos réteg felvitele egy egykristályos hordozóra. Az epitaxiás eljárás fontos lépés a félvezető eszközök gyártásában, különösen a szilícium lapkagyártásban.

Epitaxiás (epi) folyamat a félvezetőgyártásban

Az epitaxia áttekintése a félvezetőgyártásban

Mi ez? Az epitaxiás (epi) eljárás a félvezetőgyártásban lehetővé teszi egy vékony kristályréteg növekedését adott orientációban a kristályos hordozó tetején.

Cél A félvezetőgyártásban az epitaxiás folyamat célja az elektronok hatékonyabb szállítása az eszközön keresztül. A félvezető eszközök felépítése során epitaxia rétegeket alkalmaznak a szerkezet finomítása és egységesítése érdekében.

Folyamat AepitaxiaAz eljárás lehetővé teszi nagyobb tisztaságú epitaxiális rétegek növekedését ugyanazon anyagú hordozón. Egyes félvezető anyagokban, például a heterojunkciós bipoláris tranzisztorokban (HBT-k) vagy a fém-oxid félvezető térhatású tranzisztorokban (MOSFET-ek) az epitaxiás eljárást a hordozótól eltérő anyagréteg növesztésére használják. Ez az epitaxiás eljárás, amely lehetővé teszi egy kis sűrűségű adalékolt réteg növesztését egy erősen adalékolt anyagrétegen.

Az epitaxiás folyamat áttekintése a félvezetőgyártásban

Mi ez? Az epitaxiás (epi) eljárás a félvezetőgyártásban lehetővé teszi egy vékony kristályréteg növekedését adott orientációban a kristályos hordozó tetején.

Cél a félvezetőgyártásban, az epitaxiás folyamat célja az eszközön keresztül szállított elektronok hatékonyabbá tétele. A félvezető eszközök felépítése során epitaxia rétegeket alkalmaznak a szerkezet finomítása és egységesítése érdekében.

Az epitaxiás eljárás lehetővé teszi nagyobb tisztaságú epitaxiális rétegek növekedését ugyanazon anyagú hordozón. Egyes félvezető anyagokban, például a heterojunkciós bipoláris tranzisztorokban (HBT-k) vagy a fém-oxid félvezető térhatású tranzisztorokban (MOSFET-ek) az epitaxiás eljárást a hordozótól eltérő anyagréteg növesztésére használják. Ez az epitaxiás eljárás, amely lehetővé teszi kis sűrűségű adalékolt réteg növesztését egy erősen adalékolt anyagrétegen.

Az epitaxiális folyamatok típusai a félvezetőgyártásban

Az epitaxiális folyamatban a növekedés irányát az alatta lévő szubsztrátkristály határozza meg. A lerakódás ismétlődésétől függően egy vagy több epitaxiális réteg lehet. Az epitaxiális eljárásokkal olyan vékony anyagrétegeket lehet kialakítani, amelyek kémiai összetételében és szerkezetében azonosak vagy különböznek az alatta lévő hordozótól.

Kétféle Epi folyamat

JellemzőkHomoepitaxia Heteroepitaxia

Növekedési rétegek Az epitaxiális növekedési réteg ugyanolyan anyag, mint a szubsztrátréteg Az epitaxiális növekedési réteg más anyag, mint a szubsztrátréteg

Kristályszerkezet és rács A szubsztrát és az epitaxiális réteg kristályszerkezete és rácsállandója azonos A hordozó és az epitaxiális réteg kristályszerkezete és rácsállandója eltérő

Példák Nagy tisztaságú szilícium epitaxiás növekedése szilícium hordozón Gallium-arzenid epitaxiás növekedése szilícium hordozón

Alkalmazások Különböző adalékolási szintű rétegeket vagy tiszta filmeket igénylő félvezető szerkezetek kevésbé tiszta szubsztrátumokon Különböző anyagokból álló rétegeket igénylő félvezető eszközszerkezetek, vagy olyan anyagokból kristályos filmek építése, amelyek nem állíthatók elő egykristályként

Az Epi-folyamatok két típusa

Jellemzők Homoepitaxia Heteroepitaxia

Növekedési réteg Az epitaxiális növekedési réteg ugyanolyan anyag, mint a szubsztrátréteg Az epitaxiális növekedési réteg más anyag, mint a szubsztrátréteg

Kristályszerkezet és rács A szubsztrát és az epitaxiális réteg kristályszerkezete és rácsállandója azonos A hordozó és az epitaxiális réteg kristályszerkezete és rácsállandója eltérő

Példák Nagy tisztaságú szilícium epitaxiás növekedése szilícium hordozón Gallium-arzenid epitaxiás növekedése szilícium szubsztráton

Alkalmazások Félvezető eszközszerkezetek, amelyekhez különböző adalékolási szintek rétegei vagy tiszta filmek kevésbé tiszta hordozón szükségesek Félvezető eszközszerkezetek, amelyekhez különböző anyagok rétegei szükségesek, vagy olyan anyagokból kristályos filmeket építenek, amelyeket nem lehet egykristályként előállítani

Az epitaxiális folyamatokat befolyásoló tényezők a félvezetőgyártásban

Tényezők Leírás

Hőmérséklet Befolyásolja az epitaxia sebességét és az epitaxiális réteg sűrűségét. Az epitaxia folyamatához szükséges hőmérséklet magasabb, mint a szobahőmérséklet, és az érték az epitaxia típusától függ.

A nyomás Befolyásolja az epitaxia sebességét és az epitaxiális réteg sűrűségét.

Hibák Az epitaxia hibái hibás ostyákhoz vezetnek. Az epitaxiás folyamathoz szükséges fizikai feltételeket fenn kell tartani a hibamentes epitaxiális réteg növekedéséhez.

Kívánt helyzet Az epitaxiás folyamatnak a kristály megfelelő helyzetén kell növekednie. Azokat a területeket, ahol a folyamat során nem kívánatos a növekedés, megfelelően be kell vonni a növekedés megakadályozása érdekében.

Önadalékolás Mivel az epitaxiás folyamatot magas hőmérsékleten hajtják végre, az adalékanyag atomok képesek lehetnek változásokat előidézni az anyagban.

Tényező leírása

Hőmérséklet Befolyásolja az epitaxia sebességét és az epitaxiális réteg sűrűségét. Az epitaxiás folyamathoz szükséges hőmérséklet magasabb, mint a szobahőmérséklet, és az érték az epitaxia típusától függ.

A nyomás befolyásolja az epitaxia sebességét és az epitaxiális réteg sűrűségét.

Hibák Az epitaxia hibái hibás ostyákhoz vezetnek. Az epitaxiás folyamathoz szükséges fizikai feltételeket fenn kell tartani a hibamentes epitaxiális réteg növekedéséhez.

Kívánt hely Az epitaxia folyamatának a kristály megfelelő helyén kell növekednie. Azokat a területeket, ahol a folyamat során nem kívánatos a növekedés, megfelelően be kell vonni a növekedés megakadályozása érdekében.

Önadalékolás Mivel az epitaxiás folyamatot magas hőmérsékleten hajtják végre, az adalékanyag atomok képesek lehetnek változásokat előidézni az anyagban.

Epitaxiális sűrűség és sebesség

Az epitaxiális növekedés sűrűsége az egységnyi anyag térfogatára jutó atomok száma az epitaxiális növekedési rétegben. Olyan tényezők, mint a hőmérséklet, a nyomás és a félvezető hordozó típusa befolyásolják az epitaxiális növekedést. Általában az epitaxiális réteg sűrűsége a fenti tényezők függvényében változik. Az epitaxiális réteg növekedési sebességét epitaxiás sebességnek nevezzük.

Ha az epitaxiát a megfelelő helyen és irányban termesztik, a növekedési ütem magas lesz, és fordítva. Az epitaxiális réteg sűrűségéhez hasonlóan az epitaxia sebessége is függ olyan fizikai tényezőktől, mint a hőmérséklet, a nyomás és a hordozóanyag típusa.

Az epitaxiális ráta magas hőmérsékleten és alacsony nyomáson nő. Az epitaxia sebessége függ a szubsztrát szerkezetének orientációjától, a reaktánsok koncentrációjától és az alkalmazott növekedési technikától is.

Epitaxiás eljárási módszerek

Számos epitaxiás módszer létezik:folyadékfázisú epitaxia (LPE), hibrid gőzfázisú epitaxia, szilárd fázisú epitaxia,atomi réteges lerakódás, kémiai gőzlerakódás, molekuláris nyaláb epitaxiastb. Hasonlítsunk össze két epitaxiás folyamatot: a CVD-t és az MBE-t.

Kémiai gőzleválasztás (CVD) Molekulasugaras epitaxia (MBE)

Kémiai folyamat Fizikai folyamat

Olyan kémiai reakciót foglal magában, amely akkor megy végbe, amikor egy gázprekurzor egy fűtött szubsztrátummal találkozik egy növesztőkamrában vagy reaktorban. A leválasztandó anyagot vákuumkörülmények között melegítik.

A film növekedési folyamatának precíz szabályozása A növesztett réteg vastagságának és összetételének pontos szabályozása

Kiváló minőségű epitaxiális rétegeket igénylő alkalmazásokhoz Rendkívül finom epitaxiális rétegeket igénylő alkalmazásokhoz

Leggyakrabban használt módszer Drágább módszer

Kémiai folyamat Fizikai folyamat

Olyan kémiai reakciót foglal magában, amely akkor megy végbe, amikor egy gázprekurzor egy fűtött szubsztrátummal találkozik egy növesztőkamrában vagy reaktorban. A leválasztandó anyagot vákuumkörülmények között melegítik.

A vékonyréteg növekedési folyamatának precíz szabályozása A növesztett réteg vastagságának és összetételének pontos szabályozása

Kiváló minőségű epitaxiális rétegeket igénylő alkalmazásokban Olyan alkalmazásokban használatos, amelyek rendkívül finom epitaxiális rétegeket igényelnek

Leggyakrabban használt módszer Drágább módszer

Az epitaxiás folyamat kritikus a félvezetőgyártásban; optimalizálja a teljesítményt

félvezető eszközök és integrált áramkörök. Ez az egyik fő folyamat a félvezető eszközök gyártásában, amely befolyásolja az eszköz minőségét, jellemzőit és elektromos teljesítményét.