Jaký je epitaxiální proces?

Přehled epitaxiálních procesů

Termín „epitaxy“ pochází z řeckých slov „Epi“, což znamená „na“ a „taxíky“, což znamená „nařízeno“, což naznačuje uspořádanou povahu krystalického růstu. Epitaxy je rozhodující proces v polovodičové výrobě, s odkazem na růst tenké krystalické vrstvy na krystalickém substrátu. Cílem procesu epitaxy (EPI) v polovodičové výrobě je uložit jemnou vrstvu jednoho krystalu, obvykle kolem 0,5 až 20 mikronů, na jediný krystalový substrát. Proces EPI je významným krokem ve výrobě polovodičových zařízení, zejména vkřemíkový destičkavýroba.

Epitaxy umožňuje ukládání tenkých filmů, které jsou vysoce uspořádané a mohou být přizpůsobeny pro specifické elektronické vlastnosti. Tento proces je nezbytný pro vytváření vysoce kvalitních polovodičových zařízení, jako jsou diody, tranzistory a integrované obvody.

Typy epitaxy

V procesu epitaxy je orientace růstu určena základní základní krystalem.  V závislosti na opakování depozice může existovat jedna nebo mnoho epitaxiálních vrstev. Proces epitaxy může být použit k vytvoření tenké vrstvy materiálu, který může být buď stejný nebo odlišný od podkladového substrátu z hlediska chemického složení a struktury. Epitaxy lze klasifikovat do dvou primárních kategorií na základě vztahu mezi substrátem a epitaxiální vrstvou:HomoepitaxyaHeteroepitaxy.

Dále budeme analyzovat rozdíly mezi homoepitaxy a heteroepitaxy ze čtyř rozměrů: dospělá vrstva, krystalová struktura a mříž, příklad a aplikace:

● Homoepitaxy: K tomu dochází, když je epitaxiální vrstva vyrobena ze stejného materiálu jako substrát.

✔ Pěstovaná vrstva: Epitaxiálně pěstovaná vrstva je stejného materiálu jako vrstva substrátu.

✔ Krystalová struktura a mříže: Krystalová struktura a mřížková konstanta substrátu a epitaxiální vrstvy jsou stejné.

✔ Příklad: Epitaxiální růst vysoce čistého křemíku oproti substrátovému křemíku.

✔ Aplikace: Konstrukce polovodičového zařízení, kde jsou vyžadovány vrstvy různých úrovní dopingu nebo na substrátech, které jsou méně čisté, čisté filmy.

● Heteroepitaxy: To zahrnuje různé materiály používané pro vrstvu a substrát, jako je rostoucí hliníkový gallium arsenid (ALGAAS) na gallium arsenid (GaAS). Úspěšná heteroepitaxy vyžaduje podobné krystalové struktury mezi těmito dvěma materiály, aby se minimalizovaly defekty.

✔ Pěstovaná vrstva: Epitaxiálně pěstovaná vrstva má jiný materiál než vrstva substrátu.

✔ Krystalová struktura a mříže: Krystalová struktura a mřížková konstanta substrátu a epitaxiální vrstvy se liší.

✔ Příklad: Epitaxiálně rostoucí arzenid gallium na křemíkovém substrátu.

✔ Aplikace: Konstrukce polovodičového zařízení, kde jsou potřebné vrstvy různých materiálů nebo k vytvoření krystalického filmu materiálu, který není k dispozici jako jediný krystal.

Faktory ovlivňující proces EPI při výrobě polovodičů:

✔ Teplota: Ovlivňuje rychlost epitaxy a hustotu epitaxiální vrstvy. Teplota potřebná pro proces epitaxy je vyšší než teplota místnosti a hodnota závisí na typu epitaxy.

✔ Tlak: Ovlivňuje rychlost epitaxy a hustotu epitaxiální vrstvy.

✔ Vady: Defekty v epitaxy vedou k vadným destičkám. Fyzikální podmínky potřebné pro proces EPI by měly být udržovány pro nedefektivní růst epitaxiální vrstvy.

✔ Požadovaná pozice: Epitaxiální růst by měl být ve správných pozicích na krystalu. Oblasti, které by měly být vyloučeny z epitaxiálního procesu, by měly být řádně natočeny, aby se zabránilo růstu.

✔ Autodoping: Vzhledem k tomu, že proces epitaxy je prováděn při vysokých teplotách, mohou být atomy dopantů schopny přinést změny materiálu.

Techniky epitaxiálního růstu

Existuje několik metod k provádění procesu epitaxy: epitaxy kapalné fáze, hybridní epitaxe fáze páry, epitaxy pevné fáze, depozice atomové vrstvy, depozice chemického par, epitaxy molekulárního paprsku atd. Pojďme porovnat dva procesy epitaxy: CVD a MBE.

Režimy epitaxiálního růstu

Režimy růstu epitaxy: K epitaxiálnímu růstu může dojít prostřednictvím různých režimů, které ovlivňují to, jak se tvoří vrstvy:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): Charakterizováno trojrozměrným růstem ostrova, kde dochází k nukleace před kontinuální tvorbou filmu.

✔ (b)Frank-Van der Merwe (FM): Zahrnuje růst vrstvy po vrstvě a podporuje rovnoměrnou tloušťku.

✔ (C) Side-Krastans (SK): Kombinace VW a FM, počínaje růstem vrstvy, která přechází do ostrovní formace po dosažení kritické tloušťky.

Význam růstu epitaxy ve výrobě polovodičů

Epitaxy je nezbytná pro zlepšení elektrických vlastností polovodičových oplatků. Schopnost ovládat dopingové profily a dosáhnout specifických charakteristik materiálu činí epitaxii nezbytnou v moderní elektronice.

Kromě toho jsou epitaxiální procesy stále významnější při vývoji vysoce výkonných senzorů a výkonové elektroniky, což odráží pokračující pokrok v polovodičové technologii. Přesnost vyžadovaná při kontrole parametrů, jako napříkladteplota, tlak a průtok plynuBěhem epitaxiálního růstu je rozhodující pro dosažení vysoce kvalitních krystalických vrstev s minimálními defekty.