Ciri -ciri epitaxy silikon

Silicon Epitaxyadalah proses asas penting dalam pembuatan semikonduktor moden. Ia merujuk kepada proses pertumbuhan satu atau lebih lapisan filem nipis silikon tunggal kristal dengan struktur kristal tertentu, ketebalan, kepekatan doping dan menaip pada substrat silikon tunggal kristal yang tepat. Filem yang ditanam ini dipanggil lapisan epitaxial (lapisan epitaxial atau lapisan EPI), dan wafer silikon dengan lapisan epitaxial dipanggil wafer silikon epitaxial. Ciri terasnya ialah lapisan silikon epitaxial yang baru ditanam adalah kesinambungan struktur kekisi substrat dalam kristalografi, mengekalkan orientasi kristal yang sama seperti substrat, membentuk struktur kristal tunggal yang sempurna. Ini membolehkan lapisan epitaxial mempunyai ciri-ciri elektrik yang direka dengan tepat yang berbeza daripada substrat, dengan itu menyediakan asas bagi pembuatan peranti semikonduktor berprestasi tinggi.

Pengedar epitaxial vertial untuk epitaxy silikon

Ⅰ. Apa itu Silicon Epitaxy?

1) Definisi: Epitaxy silikon adalah teknologi yang mendepositkan atom silikon pada substrat silikon tunggal kristal oleh kaedah kimia atau fizikal dan mengaturnya mengikut struktur kekisi substrat untuk mengembangkan filem nipis silikon tunggal kristal.

2) Pencocokan kekisi: Ciri teras adalah ketertiban pertumbuhan epitaxial. Atom silikon yang disimpan tidak disusun secara rawak, tetapi disusun mengikut orientasi kristal substrat di bawah bimbingan "templat" yang disediakan oleh atom-atom di permukaan substrat, mencapai replikasi tepat peringkat atom. Ini memastikan bahawa lapisan epitaxial adalah kristal tunggal yang berkualiti tinggi, bukannya polikristalin atau amorf.

3) Kawalan: Proses epitaxy silikon membolehkan kawalan tepat ketebalan lapisan pertumbuhan (dari nanometer ke mikrometer), jenis doping (N-jenis atau p-jenis), dan kepekatan doping. Ini membolehkan kawasan dengan sifat elektrik yang berbeza dibentuk pada wafer silikon yang sama, yang merupakan kunci kepada pembuatan litar bersepadu kompleks.

4) Ciri -ciri antara muka: Antara muka dibentuk di antara lapisan epitaxial dan substrat. Idealnya, antara muka ini secara atom dan bebas pencemaran. Walau bagaimanapun, kualiti antara muka adalah penting untuk prestasi lapisan epitaxial, dan sebarang kecacatan atau pencemaran boleh menjejaskan prestasi akhir peranti.

Ⅱ. Prinsip epitaxy silikon

Pertumbuhan epitaxial silikon terutamanya bergantung kepada penyediaan tenaga dan persekitaran yang tepat untuk atom silikon untuk berhijrah ke permukaan substrat dan mencari kedudukan kisi tenaga terendah untuk gabungan. Teknologi yang paling biasa digunakan pada masa ini ialah pemendapan wap kimia (CVD).

Pemendapan wap kimia (CVD): Ini adalah kaedah arus perdana untuk mencapai epitaxy silikon. Prinsip asasnya adalah:

● Pengangkutan Prekursor: Gas yang mengandungi elemen silikon (prekursor), seperti silane (SIH4), diklorosilane (SIH2CL2) atau trichlorosilane (SIHCL3), dan gas dopan (seperti pH3 fosfin untuk doping n-type. ruang.

● Tindak balas permukaan: Pada suhu tinggi (biasanya antara 900 ° C dan 1200 ° C), gas ini menjalani penguraian kimia atau tindak balas pada permukaan substrat silikon yang dipanaskan. Sebagai contoh, SIH4 → Si (pepejal)+2H2 (gas).

● Penghijrahan permukaan dan nukleus: Atom silikon yang dihasilkan oleh penguraian diserap ke permukaan substrat dan berhijrah di permukaan, akhirnya mencari tapak kekisi yang tepat untuk menggabungkan dan mula membentuk satu baruLapisan kristal. Kualiti silikon pertumbuhan epitaxial bergantung pada kawalan langkah ini.

● Pertumbuhan berlapis: Lapisan atom yang baru disimpan terus mengulangi struktur kekisi substrat, tumbuh lapisan oleh lapisan, dan membentuk lapisan silikon epitaxial dengan ketebalan tertentu.

Parameter Proses Utama: Kualiti proses epitaxy silikon dikawal ketat, dan parameter utama termasuk:

● Suhu: Mempengaruhi kadar tindak balas, mobiliti permukaan dan pembentukan kecacatan.

● Tekanan: Mempengaruhi laluan pengangkutan gas dan tindak balas.

● Aliran dan nisbah gas: Menentukan kadar pertumbuhan dan kepekatan doping.

● Kebersihan permukaan substrat: Mana -mana bahan pencemar boleh menjadi asal kecacatan.

● Teknologi lain: Walaupun CVD adalah arus perdana, teknologi seperti epitaxy rasuk molekul (MBE) juga boleh digunakan untuk epitaxy silikon, terutamanya dalam R & D atau aplikasi khas yang memerlukan kawalan ketepatan yang sangat tinggi.MBE secara langsung menguap sumber silikon dalam persekitaran vakum ultra tinggi, dan rasuk atom atau molekul secara langsung diproyeksikan ke substrat untuk pertumbuhan.

Ⅲ. Aplikasi khusus teknologi epitaxy silikon dalam pembuatan semikonduktor

Teknologi epitaxy silikon telah banyak memperluaskan pelbagai aplikasi bahan silikon dan merupakan bahagian yang sangat diperlukan dari pembuatan banyak peranti semikonduktor maju.

● Teknologi CMOS: Dalam cip logik berprestasi tinggi (seperti CPU dan GPU), lapisan silikon epitaxial yang rendah (P- atau N-) sering ditanam pada substrat yang sangat doped (P+ atau N+). Struktur wafer silikon epitaxial ini dapat menindas kesan selak (selak) dengan berkesan, meningkatkan kebolehpercayaan peranti, dan mengekalkan rintangan rendah substrat, yang kondusif untuk pengaliran semasa dan pelesapan haba.

● Transistor Bipolar (BJT) dan Bicmos: Dalam peranti ini, epitaxy silikon digunakan untuk membina struktur dengan tepat seperti rantau asas atau pengumpul, dan keuntungan, kelajuan dan ciri -ciri lain transistor dioptimumkan dengan mengawal kepekatan doping dan ketebalan lapisan epitaxial.

● Sensor Imej (CIS): Dalam beberapa aplikasi sensor imej, wafer silikon epitaxial dapat meningkatkan pengasingan elektrik piksel, mengurangkan crosstalk, dan mengoptimumkan kecekapan penukaran fotoelektrik. Lapisan epitaxial menyediakan kawasan aktif yang bersih dan kurang cacat.

● Nod proses lanjutan: Memandangkan saiz peranti terus mengecut, keperluan untuk sifat bahan semakin tinggi dan lebih tinggi. Teknologi epitaxy silikon, termasuk pertumbuhan epitaxial terpilih (SEG), digunakan untuk menumbuhkan lapisan epitaxial silikon atau silikon germanium (SIGE) di kawasan tertentu untuk meningkatkan mobiliti pembawa dan dengan itu meningkatkan kelajuan transistor.

Horizonal Epitaxial Susceptor for Silicon Epitaxy

Ⅳ.Masalah dan cabaran teknologi epitaxy silikon

Walaupun teknologi epitaxy silikon matang dan digunakan secara meluas, masih terdapat beberapa cabaran dan masalah dalam pertumbuhan epitaxial proses silikon:

● Kawalan kecacatan: Pelbagai kecacatan kristal seperti menyusun kesalahan, dislokasi, garis slip, dan lain -lain boleh dijana semasa pertumbuhan epitaxial. Kecacatan ini serius boleh menjejaskan prestasi elektrik, kebolehpercayaan dan hasil peranti. Mengawal kecacatan memerlukan persekitaran yang sangat bersih, parameter proses yang dioptimumkan, dan substrat berkualiti tinggi.

● Keseragaman: Mencapai keseragaman sempurna ketebalan lapisan epitaxial dan kepekatan doping pada wafer silikon bersaiz besar (seperti 300mm) adalah cabaran yang berterusan. Tidak sifar boleh membawa kepada perbezaan prestasi peranti pada wafer yang sama.

● Autodoping: Semasa proses pertumbuhan epitaxial, dopan penentuan tinggi dalam substrat boleh memasuki lapisan epitaxial yang semakin meningkat melalui penyebaran fasa gas atau penyebaran keadaan pepejal, menyebabkan kepekatan doping lapisan epitaxial untuk menyimpang dari nilai yang diharapkan, terutama berhampiran antara muka antara lapisan epitaxial dan substrat. Ini adalah salah satu isu yang perlu ditangani dalam proses epitaxy silikon.

● Morfologi permukaan: Permukaan lapisan epitaxial mesti tetap sangat rata, dan sebarang kekasaran atau kecacatan permukaan (seperti jerebu) akan mempengaruhi proses berikutnya seperti litografi.

● Kos: Berbanding dengan wafer silikon biasa yang digilap, pengeluaran wafer silikon epitaxial menambah langkah -langkah proses tambahan dan pelaburan peralatan, mengakibatkan kos yang lebih tinggi.

● Cabaran epitaxy selektif: Dalam proses lanjutan, pertumbuhan epitaxial terpilih (pertumbuhan hanya di kawasan tertentu) meletakkan permintaan yang lebih tinggi pada kawalan proses, seperti selektiviti kadar pertumbuhan, kawalan pertumbuhan lateral, dll.

Ⅴ.Kesimpulan

Sebagai teknologi penyediaan bahan semikonduktor utama, ciri teras dariSilicon Epitaxyadalah keupayaan untuk secara tepat tumbuh secara tepat lapisan silikon epitaxial tunggal kristal dengan sifat elektrik dan fizikal tertentu pada substrat silikon tunggal kristal. Melalui kawalan parameter yang tepat seperti suhu, tekanan, dan aliran udara dalam proses epitaxy silikon, ketebalan lapisan dan pengedaran doping boleh disesuaikan untuk memenuhi keperluan pelbagai aplikasi semikonduktor seperti CMO, peranti kuasa, dan sensor.

Walaupun pertumbuhan epitaxial silikon menghadapi cabaran seperti kawalan kecacatan, keseragaman, doping diri, dan kos, dengan kemajuan teknologi yang berterusan, epitaxy silikon masih merupakan salah satu daya pemacu teras untuk menggalakkan peningkatan prestasi dan inovasi fungsional peranti semikonduktor, dan kedudukannya dalam epitaxial waferon pembuatan.