Technologie přípravy křemíkové (Si) epitaxe

Křemík (SI) EpitaxyTechnologie přípravy

Co je epitaxní růst?

· Samotné jedno krystalové materiály nemohou splňovat potřeby rostoucí produkce různých polovodičových zařízení. Na konci roku 1959, tenká vrstvamonokrystalTechnologie růstu materiálu - byl vyvinut epitaxiální růst.

Epitaxiální růst má růst vrstvy materiálu, který splňuje požadavky na jediný krystalový substrát, který byl za určitých podmínek pečlivě zpracován řezáním, broušením a leštění. Protože pěstovaná jednorázová vrstva je prodloužením mřížky substrátu, pěstovaná materiálová vrstva se nazývá epitaxiální vrstva.

Klasifikace vlastností epitaxiální vrstvy

·Homogenní epitaxy:epitaxní vrstvaje stejný jako materiál substrátu, který udržuje konzistenci materiálu a pomáhá dosáhnout vysoce kvalitní struktury výrobku a elektrických vlastností.

·Heterogenní epitaxy:epitaxní vrstvase liší od substrátového materiálu. Výběrem vhodného substrátu mohou být růstové podmínky optimalizovány a rozsah aplikací materiálu lze rozšířit, ale je třeba překonat výzvy přinesené nesouladem mřížky a rozdíly v tepelné roztažnosti.

Klasifikace podle polohy zařízení

Pozitivní epitaxy: odkazuje na tvorbu epitaxiální vrstvy na materiálu substrátu během růstu krystalů a zařízení je vyrobeno na epitaxiální vrstvě.

Reverzní epitaxy: Na rozdíl od pozitivní epitaxy je zařízení vyráběno přímo na substrátu, zatímco epitaxiální vrstva je vytvořena na struktuře zařízení.

Rozdíly v použití: Použití těchto dvou při výrobě polovodičů závisí na požadovaných vlastnostech materiálu a požadavcích na konstrukci zařízení a každý je vhodný pro různé procesní toky a technické požadavky.

Klasifikace metodou epitaxiálního růstu

· Přímá epitaxe je metoda využívající zahřívání, ostřelování elektrony nebo vnější elektrické pole, aby atomy rostoucího materiálu získaly dostatek energie a přímo migrovaly a ukládaly se na povrch substrátu k dokončení epitaxního růstu, jako je vakuová depozice, naprašování, sublimace atd. Tato metoda má však přísné požadavky na vybavení. Rezistivita a tloušťka filmu mají špatnou opakovatelnost, takže nebyl použit při výrobě silikonových epitaxí.

· Nepřímá epitaxe je použití chemických reakcí k ukládání a růstu epitaxních vrstev na povrchu substrátu, což se obecně nazývá chemická depozice z plynné fáze (CVD). Tenký film vypěstovaný pomocí CVD však nemusí být nutně jediným produktem. Proto, přísně vzato, pouze CVD, které naroste na jediném filmu, je epitaxní růst. Tato metoda má jednoduché vybavení a různé parametry epitaxní vrstvy jsou snadněji kontrolovatelné a mají dobrou opakovatelnost. V současnosti tuto metodu využívá především křemíkový epitaxní růst.

Ostatní kategorie

·Podle způsobu transportu atomů epitaxních materiálů na substrát lze rozdělit na vakuovou epitaxi, epitaxi v plynné fázi, epitaxi v kapalné fázi (LPE) atd.

·Podle procesu změny fáze lze epitaxi rozdělit naepitaxe v plynné fázi, Epitaxy kapalné fáze, aEpitaxy pevné fáze.

Problémy vyřešené epitaxiálním procesem

·Když začala technologie křemíkového epitaxního růstu, byla to doba, kdy výroba křemíkových vysokofrekvenčních a vysoce výkonných tranzistorů narážela na potíže. Z hlediska principu tranzistoru, aby bylo dosaženo vysoké frekvence a vysokého výkonu, musí být průrazné napětí kolektoru vysoké a sériový odpor musí být malý, to znamená, že pokles saturačního napětí musí být malý. První vyžaduje, aby byl měrný odpor materiálu oblasti kolektoru vysoký, zatímco druhý vyžaduje, aby byl měrný odpor materiálu oblasti kolektoru nízký, a oba jsou protichůdné. Pokud se sériový odpor sníží ztenčením tloušťky materiálu oblasti kolektoru, bude křemíkový plátek příliš tenký a křehký na to, aby mohl být zpracován. Pokud se odpor materiálu sníží, bude to v rozporu s prvním požadavkem. Epitaxní technologie tento problém úspěšně vyřešila.

Řešení:

· Růst epitaxiální vrstvy s vysokou odolností na substrátu s extrémně nízkým odporem a vyrábějte zařízení na epitaxiální vrstvě. Epitaxiální vrstva s vysokou odolností zajišťuje, že trubice má vysoké rozpadající se napětí, zatímco substrát s nízkou rezistencem snižuje odpor substrátu a nasycené pokles napětí, čímž se rozředí proti nim.

Kromě toho byly také značně vyvinuty epitaxní technologie, jako je epitaxe v parní fázi, epitaxe v kapalné fázi, epitaxe molekulárního paprsku a epitaxe v parní fázi organických sloučenin kovů 1-V rodiny, 1-V rodiny a další složené polovodičové materiály, jako je GaAs. a staly se nepostradatelnými procesními technologiemi pro výrobu většiny mikrovlnných aoptoelektronická zařízení.

Zejména úspěšná aplikace molekulárního paprsku aKovové organické páryfázová epitaxe v ultratenkých vrstvách, supermřížky, kvantové studny, napjaté supermřížky a epitaxe na tenké vrstvě na atomové úrovni položily základy pro vývoj nového oboru polovodičového výzkumu, „pásmového inženýrství“.

Charakteristiky epitaxiálního růstu

(1) Epitaxiální vrstvy s vysokou (nízkou) rezistencí lze pěstovat epitaxiálně na substrátech s nízkým (vysokým) odporem.

(2) N(P) epitaxní vrstvy mohou být pěstovány na P(N) substrátech, aby přímo vytvořily PN spoje. Při vytváření PN přechodů na jednotlivých substrátech difúzí nevzniká žádný problém s kompenzací.

(3) V kombinaci s technologií masky může být selektivní epitaxiální růst prováděn v určených oblastech, což vytváří podmínky pro výrobu integrovaných obvodů a zařízení se speciálními strukturami.

(4) Typ a koncentrace dopingu lze podle potřeby změnit během epitaxiálního růstu. Změna koncentrace může být náhlá nebo postupná.

(5) Lze pěstovat ultratenké vrstvy heterogenních, vícevrstvých, vícesložkových sloučenin s proměnlivými komponenty.

(6) Epitaxiální růst může být prováděn při teplotě pod bodem tání materiálu. Rychlost růstu je kontrolovatelná a lze dosáhnout epitaxiálního růstu tloušťky atomového měřítka.

Požadavky na epitaxiální růst

(1) Povrch by měl být rovný a světlý, bez povrchových defektů, jako jsou světlé skvrny, důlky, skvrny z mlhy a skluzové čáry

(2) Dobrá integrita krystalů, nízká hustota dislokací a stohovacích chyb. ProSilikonová epitaxyhustota dislokací by měla být menší než 1000/cm2, hustota stohovacích chyb by měla být menší než 10/cm2 a povrch by měl zůstat světlý poté, co byl zkorodován leptacím roztokem kyseliny chromové.

(3) Koncentrace nečistot pozadí v epitaxní vrstvě by měla být nízká a měla by být vyžadována menší kompenzace. Čistota suroviny by měla být vysoká, systém by měl být dobře utěsněný, prostředí by mělo být čisté a provoz by měl být přísný, aby se zabránilo začlenění cizích nečistot do epitaxní vrstvy.

(4) Pro heterogenní epitaxii by se složení epitaxiální vrstvy a substrátu mělo náhle měnit (s výjimkou požadavku pomalé změny složení) a vzájemná difúze složení mezi epitaxiální vrstvou a substrátem by měla být minimalizována.

(5) Dopingová koncentrace by měla být přísně kontrolována a rovnoměrně distribuována tak, aby epitaxiální vrstva měla jednotný odpor, který splňuje požadavky. Je nutné, aby odpor odporuepitaxiální destičkypěstované v různých pecích ve stejné peci by měly být konzistentní.

(6) Tloušťka epitaxní vrstvy by měla splňovat požadavky s dobrou jednotností a opakovatelností.

(7) Po epitaxiálním růstu na substrátu s pohřbenou vrstvou je zkreslení zakopané vrstvy velmi malé.

(8) Průměr epitaxiální oplatky by měl být co nejvíce velký, aby se usnadnila hromadná výroba zařízení a snížila náklady.

(9) Tepelná stabilitasložené polovodičové epitaxní vrstvyA heterojunkční epitaxy je dobrá.