Szilícium(Si) epitaxiás előkészítési technológia

Szilícium(Si) epitaxiaelőkészítési technológia

Mi az epitaxiális növekedés?

·Az egykristályos anyagok önmagukban nem tudják kielégíteni a különféle félvezető eszközök növekvő gyártásának igényeit. 1959 végén egy vékony réteg aegykristályanyagnövekedési technológia - epitaxiális növekedést fejlesztettek ki.

Az epitaxiális növekedés azt jelenti, hogy a követelményeknek megfelelő anyagréteget növesztünk olyan egykristályos hordozón, amelyet bizonyos körülmények között vágással, csiszolással és polírozással gondosan feldolgoztak. Mivel a termesztett egyetlen termékréteg a szubsztrátum rácsának meghosszabbítása, a kinőtt anyagréteget epitaxiális rétegnek nevezzük.

Osztályozás az epitaxiális réteg tulajdonságai alapján

·Homogén epitaxia: Aepitaxiális rétegmegegyezik a szubsztrátum anyagával, ami megőrzi az anyag konzisztenciáját, és elősegíti a kiváló minőségű termékszerkezet és elektromos tulajdonságok elérését.

·Heterogén epitaxia: Aepitaxiális rétegeltér a hordozó anyagától. A megfelelő szubsztrátum kiválasztásával a növekedési feltételek optimalizálhatók, az anyag felhasználási köre bővíthető, de le kell küzdeni a rácshibák és a hőtágulási különbségek okozta kihívásokat.

Osztályozás eszközpozíció szerint

Pozitív epitaxia: a kristálynövekedés során a szubsztrátum anyagán epitaxiális réteg kialakulását jelenti, és az eszközt az epitaxiális rétegen készítik el.

Fordított epitaxia: A pozitív epitaxiával ellentétben az eszközt közvetlenül a hordozóra gyártják, míg az epitaxiális réteget az eszköz szerkezetén alakítják ki.

Alkalmazási különbségek: A kettő alkalmazása a félvezetőgyártásban a szükséges anyagtulajdonságoktól és az eszközök tervezési követelményeitől függ, és mindegyik különböző folyamatfolyamatokhoz és műszaki követelményekhez alkalmas.

Osztályozás epitaxiális növekedési módszer szerint

· A közvetlen epitaxia egy olyan módszer, amellyel fűtést, elektronbombázást vagy külső elektromos mezőt használnak annak érdekében, hogy a növekvő anyag atomjai elegendő energiát kapjanak, és közvetlenül vándoroljanak és rakódjanak le a szubsztrátum felületén az epitaxiális növekedés teljessé tétele érdekében, például vákuumlerakódás, porlasztás, szublimáció stb. Ennek a módszernek azonban szigorú követelményei vannak a berendezésekkel szemben. A film fajlagos ellenállása és vastagsága rossz megismételhetőségű, ezért szilícium epitaxiális gyártásban nem használták.

· A közvetett epitaxia kémiai reakciók alkalmazása epitaxiális rétegek lerakódására és növekedésére a szubsztrát felületén, amelyet széles körben kémiai gőzlerakódásnak (CVD) neveznek. A CVD-vel előállított vékony film azonban nem feltétlenül egyetlen termék. Ezért szigorúan véve csak a CVD, amely egyetlen filmet hoz létre, epitaxiális növekedés. Ez a módszer egyszerű berendezéssel rendelkezik, és az epitaxiális réteg különböző paraméterei könnyebben szabályozhatók és jó ismételhetőségűek. Jelenleg a szilícium epitaxiális növekedés főként ezt a módszert alkalmazza.

Egyéb kategóriák

·Az epitaxiális anyagok atomjainak a szubsztráthoz történő szállításának módja szerint vákuum epitaxiára, gázfázisú epitaxiára, folyadékfázisú epitaxiára (LPE) stb.

·A fázisváltási folyamat szerint az epitaxia feloszthatógázfázisú epitaxia, folyadékfázisú epitaxia, ésszilárd fázisú epitaxia.

Epitaxiális eljárással megoldott problémák

·Amikor a szilícium epitaxiális növekedési technológia elkezdődött, akkor a szilícium nagyfrekvenciás és nagyteljesítményű tranzisztorgyártása nehézségekbe ütközött. A tranzisztor elve szempontjából a nagy frekvencia és a nagy teljesítmény eléréséhez a kollektor áttörési feszültségének magasnak és a soros ellenállásnak kicsinek kell lennie, vagyis a telítési feszültségesésnek kicsinek kell lennie. Az előbbihez a kollektorfelület anyagának nagy, míg az utóbbihoz alacsonynak kell lennie a kollektorfelület anyagának, és a kettő ellentmond. Ha a soros ellenállást a kollektorfelület anyagának vékonyításával csökkentjük, a szilícium lapka túl vékony és törékeny lesz a feldolgozáshoz. Ha az anyag ellenállása csökken, az ellentmond az első követelménynek. Az epitaxiális technológia sikeresen megoldotta ezt a nehézséget.

Megoldás:

· Nagy ellenállású epitaxiális réteg termesztése rendkívül alacsony ellenállású hordozón, és az eszközt az epitaxiális rétegre gyártani. A nagy ellenállású epitaxiális réteg biztosítja a cső nagy áttörési feszültségét, míg az alacsony ellenállású hordozó csökkenti a hordozó ellenállását és a telítési feszültségesést, így feloldja a kettő közötti ellentmondást.

Ezenkívül az epitaxiális technológiák, például a gőzfázisú epitaxia, a folyadékfázisú epitaxia, a molekuláris nyaláb epitaxia és az 1-V család, az 1-V család és más összetett félvezető anyagok, például a GaA-k fém szerves vegyületek gőzfázisú epitaxiája is nagymértékben fejlődött. és nélkülözhetetlen folyamattechnológiákká váltak a legtöbb mikrohullámú ésoptoelektronikai eszközök.

Különösen a molekuláris nyaláb sikeres alkalmazása ésfém szerves gőzfázisepitaxia ultravékony rétegekben, szuperrácsokban, kvantumkutakban, feszült szuperrácsokban és atomi szintű vékonyréteg-epitaxia alapozta meg a félvezetőkutatás egy új területe, a "sávtervezés" kifejlesztését.

Az epitaxiális növekedés jellemzői

(1) A nagy (alacsony) ellenállású epitaxiális rétegek epitaxiálisan nevelhetők alacsony (nagy) ellenállású szubsztrátumokon.

(2) Az N(P) epitaxiális rétegek P(N) szubsztrátumokon tenyészthetők, hogy közvetlenül PN csomópontokat képezzenek. Nincs kompenzációs probléma, ha PN átmeneteket készítünk egyetlen hordozón diffúzióval.

(3) A maszkos technológiával kombinálva a kijelölt helyeken szelektív epitaxiális növesztés végezhető, megteremtve a feltételeket az integrált áramkörök és speciális felépítésű eszközök gyártásához.

(4) Az epitaxiális növekedés során a dopping típusa és koncentrációja szükség szerint változtatható. A koncentráció változás lehet hirtelen vagy fokozatos.

(5) Változó komponenseket tartalmazó heterogén, többrétegű, többkomponensű vegyületek ultravékony rétegei nevelhetők.

(6) Az epitaxiális növekedés az anyag olvadáspontja alatti hőmérsékleten végezhető. A növekedési sebesség szabályozható, és az atomi léptékvastagság epitaxiális növekedése érhető el.

Az epitaxiális növekedés követelményei

(1) A felület legyen sík és világos, felületi hibák, például fényes foltok, gödrök, ködfoltok és csúszási vonalak nélkül.

(2) Jó kristályintegritás, alacsony diszlokáció és halmozási hibasűrűség. Mertszilícium epitaxia, a diszlokációs sűrűségnek 1000/cm2-nél kisebbnek, a halmozási hibasűrűségnek 10/cm2-nél kisebbnek kell lennie, és a felületnek fényesnek kell maradnia a krómsavas maratási oldattal történő korrodálás után.

(3) Az epitaxiális réteg háttérszennyező-koncentrációja alacsony legyen, és kevesebb kompenzációra van szükség. A nyersanyag tisztaságának magasnak kell lennie, a rendszernek jól tömítettnek, a környezetnek tisztanak kell lennie, és a működésnek szigorúnak kell lennie, hogy elkerülje az idegen szennyeződések beépülését az epitaxiális rétegbe.

(4) Heterogén epitaxia esetén az epitaxiális réteg és a szubsztrát összetételének hirtelen meg kell változnia (kivéve a lassú összetételváltás követelményét), és minimalizálni kell az összetétel kölcsönös diffúzióját az epitaxiális réteg és a szubsztrát között.

(5) Az adalékkoncentrációt szigorúan ellenőrizni kell és egyenletesen kell elosztani, hogy az epitaxiális réteg egyenletes ellenállású legyen, amely megfelel a követelményeknek. Szükséges, hogy az ellenállásepitaxiális ostyákkülönböző kemencékben, ugyanabban a kemencében termesztett terméknek következetesnek kell lennie.

(6) Az epitaxiális réteg vastagságának meg kell felelnie a követelményeknek, jó egyenletességgel és ismételhetőséggel.

(7) Az eltemetett réteggel rendelkező hordozón végzett epitaxiális növekedés után az eltemetett réteg mintázatának torzulása nagyon kicsi.

(8) Az epitaxiális lapka átmérőjének a lehető legnagyobbnak kell lennie az eszközök tömeggyártásának megkönnyítése és a költségek csökkentése érdekében.

(9) A termikus stabilitásösszetett félvezető epitaxiális rétegekés a heterojunkciós epitaxia jó.