Technologia przygotowania epitaksji krzemu(Si).

Epitaksja krzemu(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, co pozwala zachować konsystencję materiału i pozwala uzyskać 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 przezwyciężyć wyzwania wynikające z niedopasowania sieci i różnic w rozszerzalności cieplnej.

Klasyfikacja według położenia urządzenia

Epitaksja dodatnia: odnosi się do tworzenia warstwy epitaksjalnej na materiale podłoża podczas wzrostu kryształów, a urządzenie jest wykonane na warstwie epitaksjalnej.

Epitaksja odwrotna: W odróżnieniu od epitaksji pozytywnej, urządzenie produkowane jest bezpośrednio na podłożu, natomiast warstwa epitaksjalna tworzona jest na konstrukcji urządzenia.

Różnice w zastosowaniach: zastosowanie obu w produkcji półprzewodników zależy od wymaganych właściwości materiału i wymagań projektowych urządzenia, a każdy z nich jest odpowiedni dla różnych przebiegów procesów i wymagań technicznych.

Klasyfikacja metodą wzrostu epitaksjalnego

· Epitaksja bezpośrednia to metoda wykorzystująca ogrzewanie, bombardowanie elektronami lub zewnętrzne pole elektryczne w celu uzyskania przez rosnące atomy materiału wystarczającej energii oraz bezpośredniej migracji i osadzania się na powierzchni podłoża w celu zakończenia wzrostu epitaksjalnego, takiego jak osadzanie próżniowe, rozpylanie katodowe, sublimacja itp. Jednakże metoda ta ma rygorystyczne wymagania dotyczące sprzętu. Rezystywność i grubość folii mają słabą powtarzalność, dlatego nie była ona 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

·W zależności od sposobu transportu atomów materiałów epitaksjalnych do podłoża, można je podzielić na epitaksję próżniową, epitaksję w fazie gazowej, epitaksję w fazie ciekłej (LPE) itp.

· Ze względu na proces zmiany fazowej epitaksję można podzielić na:epitaksja w fazie gazowej, epitaksja w fazie ciekłej, Iepitaksja w fazie stałej.

Problemy rozwiązywane metodą epitaksjalną

·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 w dużym stopniu rozwinięto technologie epitaksjalne, takie jak epitaksja w fazie gazowej, epitaksja w fazie ciekłej, epitaksja z wiązek molekularnych i epitaksja w fazie gazowej związków metali organicznych z rodziny 1-V, rodziny 1-V i inne złożone materiały półprzewodnikowe, takie jak GaA. i stały się niezbędnymi technologiami procesowymi do produkcji większości kuchenek mikrofalowych iurządzenia optoelektroniczne.

W szczególności pomyślne zastosowanie wiązki molekularnej imetaliczne opary organiczneepitaksja fazowa w ultracienkich warstwach, supersieciach, studniach kwantowych, naprężonych supersieciach i epitaksja cienkowarstwowa na poziomie atomowym położyła podwaliny pod rozwój nowej dziedziny badań nad półprzewodnikami, „inżynierii pasmowej”.

Charakterystyka wzrostu epitaksjalnego

(1) Warstwy epitaksjalne o wysokiej (niskiej) rezystancji można hodować epitaksjalnie na podłożach o niskiej (wysokiej) rezystancji.

(2) Warstwy epitaksjalne N(P) można hodować na podłożach P(N), tworząc bezpośrednio złącza PN. Nie ma problemu z kompensacją przy wykonywaniu złączy PN na pojedynczych podłożach metodą dyfuzji.

(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 domieszki można zmieniać w miarę potrzeb podczas wzrostu epitaksjalnego. Zmiana stężenia może być nagła lub stopniowa.

(5) Można hodować ultracienkie warstwy heterogenicznych, wielowarstwowych, wieloskładnikowych związków o zmiennych składnikach.

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

Wymagania dla 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, niska gęstość dyslokacji i układania się błędów. Dlaepitaksja krzemowa, gęstość dyslokacji powinna być mniejsza niż 1000/cm2, gęstość uskoków powinna być mniejsza niż 10/cm2, a powierzchnia powinna pozostać jasna po skorodowaniu roztworem trawiącym kwasem chromowym.

(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 należy minimalizować wzajemne przenikanie składu pomiędzy warstwą epitaksjalną a podłożem.

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

(6) Grubość warstwy epitaksjalnej powinna spełniać wymagania, przy dobrej jednorodności i powtarzalności.

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

(8) Średnica płytki epitaksjalnej powinna być jak największa, aby ułatwić masową produkcję urządzeń i obniżyć koszty.

(9) Stabilność termicznazłożone warstwy epitaksjalne półprzewodnikówa epitaksja heterozłączowa jest dobra.