Jaki jest proces epitaksjalny?

Przegląd procesów epitaxialnych

Termin „epitaxia” pochodzi od greckich słów „EPI”, co oznacza „po” i „taksówki”, co oznacza „uporządkowane”, wskazując na uporządkowaną naturę krystalicznego wzrostu. Epitaksja jest kluczowym procesem w produkcji półprzewodników, odnosząc się do wzrostu cienkiej warstwy krystalicznej na krystalicznym podłożu. Proces epitaxy (EPI) w produkcji półprzewodnikowej ma na celu odkładanie drobnej warstwy o pojedynczym krysztale, zwykle około 0,5 do 20 mikronów, na jednym kryształowym podłożu. Proces EPI jest znaczącym krokiem w produkcji urządzeń półprzewodnikowych, szczególnie wWafel krzemowyprodukcja.

Epitaxy pozwala na osadzanie cienkich warstw, które są wysoce uporządkowane i można ją dostosować do określonych właściwości elektronicznych. Proces ten jest niezbędny do tworzenia wysokiej jakości urządzeń półprzewodników, takich jak diody, tranzystory i obwody zintegrowane.

Rodzaje epitaksji

W procesie epitaksji orientacja wzrostu zależy od podstawowego kryształu podstawowego.  Może istnieć jedna lub wiele warstw epitaxii w zależności od powtórzenia zeznań. Proces epitaksji można zastosować do utworzenia cienkiej warstwy materiału, która może być taka sama lub różna od podstawowego podłoża pod względem składu i struktury chemicznej. Epitaksję można podzielić na dwie podstawowe kategorie w oparciu o związek między podłożem a warstwą epitaksjalną:HomoepitaxyIHeteroepitaxy.

Następnie przeanalizujemy różnice między homoepitaksją a heteroepitaxią z czterech wymiarów: warstwa dorosła, struktura krystaliczna i sieć, przykład i zastosowanie:

● Homoepitaxy: Dzieje się tak, gdy warstwa epitaksjalna jest wykonana z tego samego materiału co podłoże.

✔ Dorodowa warstwa: Warstwa epitaksalnie uprawiana jest tego samego materiału co warstwa podłoża.

✔ Struktura krystaliczna i sieć: Struktura krystaliczna i stała sieci podłoża i warstwy epitaksjalnej są takie same.

✔ Przykład: Wzrost epitaksjalny wysoce czysty krzem nad substratem krzemu.

✔ Zastosowanie: Konstrukcja urządzenia półprzewodnikowego, w której wymagane są warstwy o różnych poziomach domieszkowania lub czyste folie na podłożach, które są mniej czyste.

● Heteroepitaxy: Obejmuje to różne materiały używane do warstwy i podłoża, takie jak uprawy arsenu galicznego gali (algaas) na arsenku galu (GAAS). Udana heteroepitaxy wymaga podobnych struktur krystalicznych między dwoma materiałami, aby zminimalizować wady.

✔ Dorodowa warstwa: Warstwa epitaksyjnie uprawiana ma inny materiał niż warstwa podłoża.

✔ Struktura krystaliczna i sieć: Struktura krystaliczna i stała sieci podłoża i warstwy epitaksjalnej są różne.

✔ Przykład: Epitaksjalnie rosnący arsenid galu na substratu krzemu.

✔ Zastosowanie: Konstrukcja urządzenia półprzewodnikowego, w której potrzebne są warstwy różnych materiałów lub do zbudowania krystalicznej folii materiału, który nie jest dostępny jako pojedynczy kryształ.

Czynniki wpływające na proces EPI w produkcji półprzewodnikowej:

✔ Temperatura: Wpływa na szybkość epitaxii i gęstość warstwy epitaxialnej. Temperatura wymagana dla procesu epitaxii jest wyższa niż temperatura pokojowa, a wartość zależy od rodzaju epitaksji.

✔ Ciśnienie: Wpływa na szybkość epitaxii i gęstość warstwy epitaxialnej.

✔ Wady: Wady epitaxy prowadzą do błędnych płytek. Warunki fizyczne wymagane do procesu EPI powinny być utrzymywane w celu uzyskania niezbędnego wzrostu warstwy epitaksjalnej.

✔ Pożądana pozycja: Wzrost epitaxialny powinien znajdować się we właściwych pozycjach na krysztale. Regiony, które powinny zostać wykluczone z procesu epitaksjalnego, powinny zostać odpowiednio nakręcone, aby zapobiec wzrostowi.

✔ Autodopowanie: Ponieważ proces epitaxii jest prowadzony w wysokich temperaturach, atomy domieszkowania mogą być w stanie wprowadzić zmiany materiału.

Techniki wzrostu epitaksjalnego

Istnieje kilka metod wykonywania procesu epitaxy: epitaxia w fazie ciekłej, epitaxia fazy pary hybrydowej, epitaksja w fazie stałej, osadzanie warstwy atomowej, chemiczne odkładanie pary, epitaksja wiązki molekularnej itp. Porównajmy dwa procesy epitaxy: CVD i MBE.

Tryby wzrostu epitaksjalnego

Tryby wzrostu epitaxii: Wzrost epitaksjalny może wystąpić poprzez różne tryby, które wpływają na to, jak tworzą się warstwy:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): Charakteryzujący się trójwymiarowym wzrostem wyspy, w którym zarodkowanie występuje przed ciągłym tworzeniem filmu.

✔ (b)Frank-van der Merwe (FM): Obejmuje wzrost warstwy po warstwie, promując jednolitą grubość.

✔ (c) Boczne Krastany (SK): Połączenie VW i FM, zaczynając od wzrostu warstwy, które przechodzi w tworzenie wyspy po osiągnięciu krytycznej grubości.

Znaczenie Epitaxy Wzrost w produkcji półprzewodników

Epitaksja jest niezbędna do zwiększenia właściwości elektrycznych waflów półprzewodników. Zdolność kontrolowania profili dopingu i osiągania określonych właściwości materiałowych sprawia, że ​​epitaxia jest niezbędna w nowoczesnej elektronice.

Ponadto procesy epitaksjalne są coraz bardziej znaczące w opracowywaniu wysokowydajnych czujników i elektroniki energetycznej, odzwierciedlając bieżące postępy w technologii półprzewodników. Precyzja wymagana w kontrolowaniu parametrów, takich jaktemperatura, ciśnienie i natężenie przepływu gazuPodczas wzrostu epitaksjalnego ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia wysokiej jakości warstw krystalicznych przy minimalnych wadach.