Technologia przygotowania epitaksji krzemu(Si).

Epitaksja Krzemowa (SI)technologia przygotowania

Co to jest wzrost epitaksjalny?

· Same materiały monokrystaliczne nie są w stanie zaspokoić potrzeb rosnącej produkcji różnych urządzeń półprzewodnikowych. Pod koniec 1959 roku cienka warstwapojedynczy kryształtechnologię wzrostu materiału - opracowano wzrost epitaksjalny.

Wzrost epitaksjalny polega na wyhodowaniu warstwy materiału spełniającej wymagania na podłożu monokrystalicznym, które zostało starannie przetworzone poprzez cięcie, szlifowanie i polerowanie w określonych warunkach. Ponieważ wyhodowana pojedyncza warstwa produktu jest przedłużeniem siatki podłoża, wyhodowaną warstwę materiału nazywa się warstwą epitaksjalną.

Klasyfikacja według właściwości warstwy epitaksjalnej

·Jednorodna epitaksja:Warstwa epitaksjalnajest taki sam jak materiał podłoża, który utrzymuje spójność materiału i pomaga osiągnąć wysokiej jakości strukturę produktu i właściwości elektryczne.

·Heterogeniczna epitaksja:Warstwa epitaksjalnaróżni się od materiału podłoża. Wybierając odpowiednie podłoże, można zoptymalizować warunki wzrostu i rozszerzyć zakres zastosowań materiału, ale należy pokonać wyzwania wynikające z niedopasowania sieci i różnic w rozszerzalności cieplnej.

Klasyfikacja według pozycji urządzenia

Pozytywna epitaksja: odnosi się do tworzenia warstwy epitaksjalnej na materiale podłoża podczas wzrostu kryształu, a urządzenie jest wytwarzane na warstwie epitaksjalnej.

Odwrotna epitaksja: W przeciwieństwie do dodatniej epitaxy urządzenie jest wytwarzane bezpośrednio na podłożu, podczas gdy warstwa epitaksjalna jest tworzona na strukturze urządzenia.

Różnice w aplikacjach: Zastosowanie dwóch w produkcji półprzewodników zależy od wymaganych właściwości materiału i wymagań dotyczących projektowania urządzeń, a każdy z nich jest odpowiedni dla różnych przepływów procesów i wymagań technicznych.

Klasyfikacja metodą wzrostu epitaksjalnego

· Bezpośrednia epitaksja jest metodą stosowania ogrzewania, bombardowania elektronów lub zewnętrznego pola elektrycznego, aby atomy rosnącego materiału otrzymywały wystarczającą ilość energii oraz bezpośrednio migrują i osadzają się na powierzchni podłoża w celu ukończenia wzrostu epitaksjalnego, takiego jak odkładanie próżniowe, rozpylanie, sublimacja itp. Jednak ta metoda ma ścisłe wymagania dotyczące sprzętu. Oporność i grubość filmu mają słabą powtarzalność, więc nie była stosowana w produkcji epitaksjalnej krzemu.

· Epitaksja pośrednia to wykorzystanie reakcji chemicznych do osadzania i wzrostu warstw epitaksjalnych na powierzchni podłoża, co jest szeroko nazywane chemicznym osadzaniem z fazy gazowej (CVD). Jednakże cienka folia wyhodowana metodą CVD niekoniecznie jest pojedynczym produktem. Dlatego, ściśle rzecz biorąc, tylko CVD, w przypadku którego rośnie pojedynczy film, jest wzrostem epitaksjalnym. Metoda ta ma proste wyposażenie, a różne parametry warstwy epitaksjalnej są łatwiejsze do kontrolowania i charakteryzują się dobrą powtarzalnością. Obecnie epitaksjalny wzrost krzemu wykorzystuje głównie tę metodę.

Inne kategorie

· Zgodnie z metodą transportu atomów materiałów epitaksjalnych do podłoża można go podzielić na epitaksję próżniową, epitaxię w fazie gazowej, epitaksję w fazie ciekłej (LPE) itp.

· Zgodnie z procesem zmiany fazy epitaxy można podzielić naEpitaksja w fazie gazowej, Epitaxy w fazie ciekłej, IEpitaksja w fazie stałej.

Problemy rozwiązane w procesie epitaksjalnym

·Kiedy rozpoczęła się technologia epitaksjalnego wzrostu krzemu, był to czas, w którym produkcja krzemowych tranzystorów wysokiej częstotliwości i dużej mocy napotkała trudności. Z punktu widzenia zasady tranzystora, aby uzyskać wysoką częstotliwość i dużą moc, napięcie przebicia kolektora musi być wysokie, a rezystancja szeregowa mała, to znaczy spadek napięcia nasycenia musi być mały. To pierwsze wymaga, aby oporność materiału obszaru kolektora była wysoka, podczas gdy to drugie wymaga, aby opór materiału obszaru kolektora był niski, przy czym oba są sprzeczne. Jeśli rezystancja szeregowa zostanie zmniejszona poprzez zmniejszenie grubości materiału obszaru kolektora, płytka krzemowa będzie zbyt cienka i krucha, aby można ją było przetwarzać. Jeśli rezystywność materiału zostanie zmniejszona, będzie to sprzeczne z pierwszym wymaganiem. Technologia epitaksjalna skutecznie rozwiązała tę trudność.

Rozwiązanie:

·Wyhoduj warstwę epitaksjalną o wysokiej rezystancji na podłożu o wyjątkowo niskiej rezystancji i wyprodukuj urządzenie na warstwie epitaksjalnej. Warstwa epitaksjalna o wysokiej rezystancji zapewnia, że ​​rura ma wysokie napięcie przebicia, podczas gdy podłoże o niskiej rezystancji zmniejsza rezystancję podłoża i spadek napięcia nasycenia, rozwiązując w ten sposób sprzeczność między nimi.

Ponadto technologie epitaksjalne, takie jak epitaksja w fazie pary, epitaxia w fazie ciekłej, epitaxia wiązki molekularnej i epitaksja fazy oparowej złoża organicznego z rodziny 1-V, rodziny 1-V i inne złożone materiały półprzewodników, takie jak GAAS, zostały również bardzo rozwinięte i stały się niezbędnymi technologiami procesowymi do produkcji większości kuchenki mikrofalowej iurządzenia optoelektroniczne.

W szczególności pomyślne zastosowanie wiązki molekularnej iMetalowa pary organiczneEpitaksja fazowa w ultraciennych warstwach, nadprawie, studzienkach kwantowych, napięte superltyce i cienką warstwę na poziomie atomowym, epitaxy, położyła podwaliny pod opracowanie nowej dziedziny badań półprzewodnikowych „Engineering Band”.

Charakterystyka wzrostu epitaksjalnego

(1) Warstwy epitaksjalne o wysokiej (niskiej) oporności można uprawiać epitaksyjnie na podłożach o niskiej (wysokiej) oporności.

(2) N (P) Warstwy epitaksjalne można hodować na podłożach P (N), aby bezpośrednio tworzyć połączenia PN. Nie ma problemu z kompensacją podczas wykonywania połączeń PN na pojedynczych podłożach przez dyfuzję.

(3) W połączeniu z technologią masek można prowadzić selektywny wzrost epitaksjalny w wyznaczonych obszarach, tworząc warunki do produkcji układów scalonych i urządzeń o specjalnych konstrukcjach.

(4) Rodzaj i stężenie domieszkowania można zmienić w razie potrzeby podczas wzrostu epitaksjalnego. Zmiana stężenia może być nagła lub stopniowa.

(5) Ultracienne warstwy heterogenicznych, wielowarstwowych, wieloskładnikowych związków o zmiennych składnikach można uprawiać.

(6) Wzrost epitaksji można przeprowadzić w temperaturze poniżej temperatury topnienia materiału. Tempo wzrostu jest kontrolowane i można osiągnąć epitaksjalny wzrost grubości w skali atomowej.

Wymagania dotyczące wzrostu epitaksjalnego

(1) Powierzchnia powinna być płaska i jasna, bez wad powierzchniowych, takich jak jasne plamy, wgłębienia, plamy mgły i linie poślizgu

(2) Dobra integralność kryształów, niskie zwichnięcie i gęstość uszkodzenia układania. Dlaepitaksja krzemowa, gęstość zwichnięcia powinna być mniejsza niż 1000/cm2, gęstość uszkodzenia układania powinna być mniejsza niż 10/cm2, a powierzchnia powinna pozostać jasna po skorodowaniu przez roztwór trawienia kwasu chromowego.

(3) Stężenie zanieczyszczeń tła warstwy epitaksjalnej powinno być niskie i wymagana powinna być mniejsza kompensacja. Czystość surowca powinna być wysoka, system powinien być dobrze uszczelniony, środowisko powinno być czyste, a działanie powinno być rygorystyczne, aby uniknąć wprowadzenia obcych zanieczyszczeń do warstwy epitaksjalnej.

(4) W przypadku epitaksji heterogenicznej skład warstwy epitaksjalnej i podłoża powinien zmieniać się gwałtownie (z wyjątkiem wymogu powolnej zmiany składu) i minimalizować wzajemne przenikanie się składu pomiędzy warstwą epitaksjalną i podłożem.

(5) Stężenie domieszki powinno być ściśle kontrolowane i równomiernie rozłożone, tak aby warstwa epitaksjalna miała jednolitą rezystywność spełniającą wymagania. Wymagane jest, aby rezystancjaWafle epitaksjalneUprawiane w różnych piecach w tym samym piecu powinno być spójne.

(6) Grubość warstwy epitaksjalnej powinna spełniać wymagania, z dobrą jednolitością i powtarzalnością.

(7) Po wzroście epitaksjalnym na podłożu z zakopaną warstwą zniekształcenie wzoru zakopanej warstwy jest bardzo małe.

(8) Średnica wafla epitaksjalnego powinna być tak duża, jak to możliwe, aby ułatwić masową produkcję urządzeń i obniżyć koszty.

(9) Stabilność termicznazłożone warstwy epitaksjalne półprzewodnikówa epitaxia heterOjunction jest dobra.