Apakah proses epitaxial?

Gambaran keseluruhan proses epitaxial

Istilah "epitaxy" berasal dari kata -kata Yunani "epi," yang bermaksud "," dan "teksi," yang bermaksud "diperintahkan," menunjukkan sifat yang diperintahkan pertumbuhan kristal. Epitaxy adalah proses penting dalam fabrikasi semikonduktor, merujuk kepada pertumbuhan lapisan kristal nipis pada substrat kristal. Proses epitaxy (EPI) dalam fabrikasi semikonduktor bertujuan untuk mendepositkan lapisan halus kristal tunggal, biasanya sekitar 0.5 hingga 20 mikron, pada substrat kristal tunggal. Proses EPI adalah langkah penting dalam pembuatan peranti semikonduktor, terutamanya dalamSilicon waferfabrikasi.

Epitaxy membolehkan pemendapan filem nipis yang sangat diperintahkan dan boleh disesuaikan untuk sifat elektronik tertentu. Proses ini penting untuk mewujudkan peranti semikonduktor berkualiti tinggi, seperti diod, transistor, dan litar bersepadu.

Jenis epitaxy

Dalam proses epitaxy, orientasi pertumbuhan ditentukan oleh kristal asas asas.  Terdapat sama ada satu atau banyak lapisan epitaxy bergantung kepada pengulangan pemendapan. Proses epitaxy boleh digunakan untuk membentuk lapisan bahan nipis yang boleh sama atau berbeza dari substrat asas dari segi komposisi dan struktur kimia. Epitaxy boleh diklasifikasikan kepada dua kategori utama berdasarkan hubungan antara substrat dan lapisan epitaxial:HomoepitaxydanHeteroepitaxy.

Seterusnya, kami akan menganalisis perbezaan antara homoepitaxy dan heteroepitaxy dari empat dimensi: lapisan dewasa, struktur kristal dan kekisi, contoh, dan aplikasi:

● Homoepitaxy: Ini berlaku apabila lapisan epitaxial dibuat dari bahan yang sama seperti substrat.

✔ Lapisan dewasa: Lapisan epitaxially ditanam adalah bahan yang sama dengan lapisan substrat.

✔ Struktur dan kekisi kristal: Struktur kristal dan pemalar kisi substrat dan lapisan epitaxial adalah sama.

✔ Contoh: Pertumbuhan epitaxial silikon yang sangat tulen ke atas silikon substrat.

✔ Permohonan: Pembinaan peranti semikonduktor di mana lapisan tahap doping yang berbeza diperlukan atau filem tulen pada substrat yang kurang tulen.

● Heteroepitaxy: Ini melibatkan bahan -bahan yang berbeza yang digunakan untuk lapisan dan substrat, seperti tumbuh aluminium gallium arsenide (algaas) di gallium arsenide (GaAs). Heteroepitaxy yang berjaya memerlukan struktur kristal yang sama antara kedua -dua bahan untuk meminimumkan kecacatan.

✔ Lapisan dewasa: Lapisan epitaxially ditanam adalah bahan yang berbeza daripada lapisan substrat.

✔ Struktur dan kekisi kristal: Struktur kristal dan pemalar kisi substrat dan lapisan epitaxial adalah berbeza.

✔ Contoh: Gallium arsenide yang semakin berkembang pada substrat silikon.

✔ Permohonan: Pembinaan peranti semikonduktor di mana lapisan bahan yang berbeza diperlukan atau untuk membina filem kristal bahan yang tidak tersedia sebagai kristal tunggal.

Faktor yang mempengaruhi proses EPI dalam fabrikasi semikonduktor:

✔ Suhu: Mempengaruhi kadar epitaxy dan kepadatan lapisan epitaxial. Suhu yang diperlukan untuk proses epitaxy lebih tinggi daripada suhu bilik, dan nilai bergantung kepada jenis epitaxy.

✔ Tekanan: Mempengaruhi kadar epitaxy dan kepadatan lapisan epitaxial.

✔ Kecacatan: Kecacatan dalam epitaxy membawa kepada wafer yang rosak. Keadaan fizikal yang diperlukan untuk proses EPI harus dikekalkan untuk pertumbuhan lapisan epitaxial yang tidak defektif.

✔ Kedudukan yang diingini: Pertumbuhan epitaxial harus berada di kedudukan yang betul pada kristal. Kawasan yang harus dikecualikan dari proses epitaxial harus difilemkan dengan baik untuk mencegah pertumbuhan.

✔ Autodoping: Oleh kerana proses epitaxy dijalankan pada suhu tinggi, atom dopan mungkin mampu membawa variasi dalam bahan.

Teknik pertumbuhan epitaxial

Terdapat beberapa kaedah untuk melaksanakan proses epitaxy: epitaxy fasa cecair, epitaxy fasa wap hibrid, epitaxy fasa pepejal, pemendapan lapisan atom, pemendapan wap kimia, epitaxy rasuk molekul, dll. Mari kita bandingkan dua proses epitaxy: CVD dan MBE.

Mod Pertumbuhan Epitaxial

Mod Pertumbuhan Epitaxy: Pertumbuhan epitaxial boleh berlaku melalui mod yang berbeza, yang mempengaruhi bagaimana lapisan membentuk:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): Dicirikan oleh pertumbuhan pulau tiga dimensi di mana nukleasi berlaku sebelum pembentukan filem berterusan.

✔ (b)Frank-van der Merwe (FM): Melibatkan pertumbuhan lapisan demi lapisan, mempromosikan ketebalan seragam.

✔ (c) The Side-Krastans (SK): Gabungan VW dan FM, bermula dengan pertumbuhan lapisan yang beralih ke pembentukan pulau selepas ketebalan kritikal dicapai.

Kepentingan Pertumbuhan Epitaxy dalam Pembuatan Semikonduktor

Epitaxy adalah penting untuk meningkatkan sifat elektrik wafer semikonduktor. Keupayaan untuk mengawal profil doping dan mencapai ciri -ciri bahan tertentu menjadikan epitaxy sangat diperlukan dalam elektronik moden.

Selain itu, proses epitaxial semakin penting dalam membangunkan sensor berprestasi tinggi dan elektronik kuasa, mencerminkan kemajuan yang berterusan dalam teknologi semikonduktor. Ketepatan yang diperlukan dalam mengawal parameter sepertisuhu, tekanan, dan kadar aliran gasSemasa pertumbuhan epitaxial adalah penting untuk mencapai lapisan kristal berkualiti tinggi dengan kecacatan yang minimum.