Teknologi Penyediaan Epitaxy Silicon (SI)

Silicon (SI) Epitaxyteknologi penyediaan

Apakah pertumbuhan epitaxial?

· Bahan kristal tunggal sahaja tidak dapat memenuhi keperluan pengeluaran pelbagai peranti semikonduktor. Pada akhir tahun 1959, lapisan nipiskristal tunggalteknologi pertumbuhan bahan - pertumbuhan epitaxial telah dibangunkan.

Pertumbuhan epitaxial adalah untuk menumbuhkan lapisan bahan yang memenuhi keperluan pada substrat kristal tunggal yang telah diproses dengan teliti dengan memotong, mengisar, dan menggilap dalam keadaan tertentu. Oleh kerana lapisan produk tunggal yang ditanam adalah lanjutan kekisi substrat, lapisan bahan yang ditanam dipanggil lapisan epitaxial.

Klasifikasi oleh sifat lapisan epitaxial

·Epitaksi homogen: TheLapisan epitaxialsama dengan bahan substrat, yang mengekalkan konsistensi bahan dan membantu mencapai struktur produk dan sifat elektrik yang berkualiti tinggi.

·Epitaksi heterogen: TheLapisan epitaxialadalah berbeza daripada bahan substrat. Dengan memilih substrat yang sesuai, keadaan pertumbuhan boleh dioptimumkan dan julat aplikasi bahan boleh dikembangkan, tetapi cabaran yang dibawa oleh ketidakpadanan kekisi dan perbezaan pengembangan haba perlu diatasi.

Klasifikasi mengikut kedudukan peranti

Epitaxy positif: merujuk kepada pembentukan lapisan epitaxial pada bahan substrat semasa pertumbuhan kristal, dan peranti dibuat pada lapisan epitaxial.

Epitaxy terbalik: Berbeza dengan epitaxy positif, peranti ini dihasilkan secara langsung pada substrat, manakala lapisan epitaxial terbentuk pada struktur peranti.

Perbezaan aplikasi: Penggunaan kedua -dua pembuatan semikonduktor bergantung kepada sifat bahan yang diperlukan dan keperluan reka bentuk peranti, dan masing -masing sesuai untuk aliran proses yang berbeza dan keperluan teknikal.

Pengelasan mengikut kaedah pertumbuhan epitaxial

· Epitaxy langsung adalah kaedah menggunakan pemanasan, pengeboman elektron atau medan elektrik luaran untuk menjadikan atom bahan yang semakin meningkat memperoleh tenaga yang cukup, dan secara langsung berhijrah dan mendepositkan pada permukaan substrat untuk menyelesaikan pertumbuhan epitaxial, seperti pemendapan vakum, sputtering, sublimasi, dll dan sebagainya dan sebagainya Walau bagaimanapun, kaedah ini mempunyai keperluan yang ketat pada peralatan. Rintangan dan ketebalan filem mempunyai kebolehulangan yang buruk, jadi ia tidak digunakan dalam pengeluaran epitaxial silikon.

· Epitaksi tidak langsung ialah penggunaan tindak balas kimia untuk memendap dan menumbuhkan lapisan epitaksi pada permukaan substrat, yang secara umum dipanggil pemendapan wap kimia (CVD). Walau bagaimanapun, filem nipis yang ditanam oleh CVD tidak semestinya produk tunggal. Oleh itu, secara tegasnya, hanya CVD yang menumbuhkan satu filem adalah pertumbuhan epitaxial. Kaedah ini mempunyai peralatan mudah, dan pelbagai parameter lapisan epitaxial lebih mudah dikawal dan mempunyai kebolehulangan yang baik. Pada masa ini, pertumbuhan epitaxial silikon terutamanya menggunakan kaedah ini.

Kategori lain

·Mengikut kaedah mengangkut atom bahan epitaxial ke substrat, ia boleh dibahagikan kepada epitaksi vakum, epitaksi fasa gas, epitaksi fasa cecair(LPE), dll.

·Mengikut proses perubahan fasa, epitaksi boleh dibahagikan kepadaEpitaxy fasa gas, epitaksi fasa cecair, danEpitaxy fasa pepejal.

Masalah diselesaikan dengan proses epitaxial

· Apabila teknologi pertumbuhan epitaxial silikon bermula, ia adalah masa ketika silikon frekuensi tinggi dan pembuatan transistor kuasa tinggi menghadapi kesukaran. Dari perspektif prinsip transistor, untuk mendapatkan kekerapan tinggi dan kuasa tinggi, voltan kerosakan pemungut mestilah tinggi dan rintangan siri mestilah kecil, iaitu, penurunan voltan tepu mestilah kecil. Yang pertama memerlukan resistiviti bahan kawasan pengumpul menjadi tinggi, sementara yang terakhir memerlukan resistivitas bahan kawasan pengumpul menjadi rendah, dan kedua -duanya bercanggah. Sekiranya rintangan siri dikurangkan dengan menipis ketebalan bahan kawasan pengumpul, wafer silikon akan terlalu nipis dan rapuh untuk diproses. Jika ketahanan bahan dikurangkan, ia akan bertentangan dengan keperluan pertama. Teknologi epitaxial telah berjaya menyelesaikan kesukaran ini.

Penyelesaian:

·Tumbuhkan lapisan epitaxial dengan kerintangan tinggi pada substrat dengan kerintangan yang sangat rendah, dan buat peranti pada lapisan epitaxial. Lapisan epitaxial kerintangan tinggi memastikan bahawa tiub mempunyai voltan pecahan yang tinggi, manakala substrat kerintangan rendah mengurangkan rintangan substrat dan penurunan voltan tepu, sekali gus menyelesaikan percanggahan antara keduanya.

Di samping itu, teknologi epitaksi seperti epitaksi fasa wap, epitaksi fasa cecair, epitaksi rasuk molekul, dan epitaksi fasa wap sebatian organik logam bagi keluarga 1-V, keluarga 1-V, dan bahan semikonduktor kompaun lain seperti GaAs juga telah dibangunkan dengan baik. dan telah menjadi teknologi proses yang amat diperlukan untuk pembuatan kebanyakan gelombang mikro danperanti optoelektronik.

Khususnya, penggunaan rasuk molekul yang berjaya danWap organik logamepitaksi fasa dalam lapisan ultra-nipis, superlattices, telaga kuantum, superlattices tegang, dan epitaxy lapisan nipis peringkat atom telah meletakkan asas untuk pembangunan bidang penyelidikan semikonduktor baharu, "kejuruteraan jalur".

Ciri-ciri pertumbuhan epitaxial

(1) Lapisan epitaxial rintangan tinggi (rendah) boleh ditanam epitaxially pada substrat rintangan rendah (tinggi).

(2) Lapisan epitaxial N(P) boleh ditanam pada substrat P(N) untuk terus membentuk simpang PN. Tiada masalah pampasan apabila membuat persimpangan PN pada substrat tunggal secara resapan.

(3) Digabungkan dengan teknologi topeng, pertumbuhan epitaxial terpilih boleh dijalankan di kawasan yang ditetapkan, mewujudkan keadaan untuk pengeluaran litar dan peranti bersepadu dengan struktur khas.

(4) Jenis dan kepekatan doping boleh diubah seperti yang diperlukan semasa pertumbuhan epitaxial. Perubahan kepekatan boleh tiba -tiba atau beransur -ansur.

(5) Lapisan ultra-nipis sebatian heterogen, berbilang lapisan, berbilang komponen dengan komponen berubah-ubah boleh ditanam.

(6) Pertumbuhan epitaxial boleh dijalankan pada suhu di bawah titik lebur bahan. Kadar pertumbuhan dapat dikawal, dan pertumbuhan epitaxial ketebalan skala atom dapat dicapai.

Keperluan untuk pertumbuhan epitaxial

(1) Permukaan hendaklah rata dan terang, tanpa kecacatan permukaan seperti bintik terang, lubang, kesan kabut dan garis gelincir

(2) Integriti kristal yang baik, kehelan rendah dan ketumpatan kerosakan susun. Untukepitaksi silikon, ketumpatan dislokasi harus kurang dari 1000/cm2, ketumpatan kesalahan penyusunan harus kurang dari 10/cm2, dan permukaan harus tetap cerah setelah ditanam oleh larutan etsa asid kromik.

(3) Kepekatan kekotoran latar belakang lapisan epitaxial harus rendah dan kurang pampasan harus diperlukan. Kesucian bahan mentah harus tinggi, sistem harus dimeteraikan dengan baik, alam sekitar harus bersih, dan operasi harus ketat untuk mengelakkan penggabungan kekotoran asing ke dalam lapisan epitaxial.

(4) Untuk epitaksi heterogen, komposisi lapisan epitaxial dan substrat harus berubah secara tiba-tiba (kecuali untuk keperluan perubahan komposisi perlahan) dan resapan bersama komposisi antara lapisan epitaxial dan substrat harus diminimumkan.

(5) Kepekatan doping hendaklah dikawal dengan ketat dan diagihkan secara sama rata supaya lapisan epitaxial mempunyai kerintangan seragam yang memenuhi keperluan. Ia dikehendaki bahawa kerintangan bagiWafer epitaxialTumbuh di relau yang berbeza di relau yang sama harus konsisten.

(6) Ketebalan lapisan epitaxial harus memenuhi keperluan, dengan keseragaman dan kebolehulangan yang baik.

(7) Selepas pertumbuhan epitaxial pada substrat dengan lapisan terkubur, distorsi corak lapisan terkubur sangat kecil.

(8) Diameter wafer epitaxial hendaklah sebesar mungkin untuk memudahkan pengeluaran besar-besaran peranti dan mengurangkan kos.

(9) kestabilan termalapisan epitaxial semikonduktor kompaundan epitaksi heterojunction adalah baik.