Co je proces epitaxe polovodiče?

Ideální je stavět integrované obvody nebo polovodičová zařízení na dokonalé krystalické základní vrstvě. Theepitaxe(epi) proces ve výrobě polovodičů má za cíl nanést jemnou monokrystalickou vrstvu, obvykle asi 0,5 až 20 mikronů, na monokrystalický substrát. Proces epitaxe je důležitým krokem při výrobě polovodičových součástek, zejména při výrobě křemíkových plátků.

Epitaxe (epi) proces ve výrobě polovodičů

Přehled epitaxe ve výrobě polovodičů
Co je to	Proces epitaxe (epi) při výrobě polovodičů umožňuje růst tenké krystalické vrstvy v dané orientaci na povrchu krystalického substrátu.
Gól	Při výrobě polovodičů je cílem procesu epitaxe zajistit, aby se elektrony transportovaly efektivněji skrz zařízení. Při konstrukci polovodičových součástek jsou zahrnuty epitaxní vrstvy, které zjemňují a činí strukturu jednotnou.
Proces	Proces epitaxe umožňuje růst epitaxních vrstev vyšší čistoty na substrátu ze stejného materiálu. V některých polovodičových materiálech, jako jsou heterojunkční bipolární tranzistory (HBT) nebo polovodičové polovodičové tranzistory s efektem pole (MOSFET), se proces epitaxe používá k růstu vrstvy materiálu odlišného od substrátu. Je to proces epitaxe, který umožňuje vypěstovat nízkohustotní dotovanou vrstvu na vrstvě vysoce dopovaného materiálu.

Přehled epitaxe ve výrobě polovodičů

Co to je Proces epitaxe (epi) při výrobě polovodičů umožňuje růst tenké krystalické vrstvy v dané orientaci na povrchu krystalického substrátu.

Cíl Při výrobě polovodičů je cílem procesu epitaxe zajistit, aby se elektrony transportovaly efektivněji skrz zařízení. Při konstrukci polovodičových součástek jsou zahrnuty epitaxní vrstvy, které zjemňují a činí strukturu jednotnou.

Proces Theepitaxeproces umožňuje růst epitaxních vrstev vyšší čistoty na substrátu ze stejného materiálu. V některých polovodičových materiálech, jako jsou heterojunkční bipolární tranzistory (HBT) nebo polovodičové polovodičové tranzistory s efektem pole (MOSFET), se proces epitaxe používá k růstu vrstvy materiálu odlišného od substrátu. Je to proces epitaxe, který umožňuje vypěstovat nízkohustotní dotovanou vrstvu na vrstvě vysoce dopovaného materiálu.

Přehled procesu epitaxe ve výrobě polovodičů

Co to je Proces epitaxe (epi) ve výrobě polovodičů umožňuje růst tenké krystalické vrstvy v dané orientaci na povrchu krystalického substrátu.

Cílem ve výrobě polovodičů je cílem procesu epitaxe zefektivnit přenos elektronů přes zařízení. Při konstrukci polovodičových součástek jsou zahrnuty epitaxní vrstvy, které zjemňují a činí strukturu jednotnou.

Proces epitaxe umožňuje růst epitaxních vrstev vyšší čistoty na substrátu ze stejného materiálu. V některých polovodičových materiálech, jako jsou heterojunkční bipolární tranzistory (HBT) nebo polovodičové polovodičové tranzistory s efektem pole (MOSFET), se proces epitaxe používá k růstu vrstvy materiálu odlišného od substrátu. Je to proces epitaxe, který umožňuje vypěstovat nízkohustotní dotovanou vrstvu na vrstvě vysoce dopovaného materiálu.

Typy epitaxních procesů ve výrobě polovodičů

V epitaxním procesu je směr růstu určen krystalem substrátu pod ním. V závislosti na opakování depozice může existovat jedna nebo více epitaxních vrstev. Epitaxní procesy lze použít k vytvoření tenkých vrstev materiálu, který má stejné nebo odlišné chemické složení a strukturu od podkladového substrátu.

Dva typy procesů Epi
Charakteristika	Homeepitaxie	Heteroepitaxie
Růstové vrstvy	Epitaxní růstová vrstva je stejný materiál jako vrstva substrátu	Vrstva epitaxního růstu je odlišný materiál od vrstvy substrátu
Krystalová struktura a mřížka	Krystalová struktura a mřížková konstanta substrátu a epitaxní vrstvy jsou stejné	Krystalová struktura a mřížková konstanta substrátu a epitaxní vrstvy jsou různé
Příklady	Epitaxní růst vysoce čistého křemíku na křemíkovém substrátu	Epitaxní růst arsenidu galia na křemíkovém substrátu
Aplikace	Struktury polovodičových zařízení vyžadující vrstvy různých úrovní dotování nebo čisté filmy na méně čistých substrátech	Struktury polovodičových zařízení vyžadující vrstvy různých materiálů nebo vytváření krystalických filmů z materiálů, které nelze získat jako monokrystaly

Dva typy procesů Epi

CharakteristikaHomoepitaxe Heteroepitaxe

Růstové vrstvy Vrstva epitaxního růstu je stejný materiál jako vrstva substrátu Vrstva epitaxního růstu je odlišný materiál než vrstva substrátu

Krystalová struktura a mřížka Krystalová struktura a mřížková konstanta substrátu a epitaxní vrstvy jsou stejné Krystalová struktura a mřížková konstanta substrátu a epitaxní vrstvy jsou různé

Příklady Epitaxní růst vysoce čistého křemíku na křemíkovém substrátu Epitaxní růst arsenidu galia na křemíkovém substrátu

Aplikace Struktury polovodičových zařízení vyžadující vrstvy různých úrovní dotování nebo čisté filmy na méně čistých substrátech Struktury polovodičových zařízení vyžadující vrstvy různých materiálů nebo vytváření krystalických filmů materiálů, které nelze získat jako monokrystaly

Dva typy procesů Epi

Charakteristika Homoepitaxe Heteroepitaxe

Růstová vrstva Epitaxní růstová vrstva je stejný materiál jako vrstva substrátu Epitaxní růstová vrstva je jiný materiál než vrstva substrátu

Krystalová struktura a mřížka Krystalová struktura a mřížková konstanta substrátu a epitaxní vrstvy jsou stejné Krystalová struktura a mřížková konstanta substrátu a epitaxní vrstvy jsou různé

Příklady Epitaxní růst vysoce čistého křemíku na křemíkovém substrátu Epitaxní růst arsenidu galia na křemíkovém substrátu

Aplikace Struktury polovodičových zařízení, které vyžadují vrstvy různých úrovní dopování nebo čisté filmy na méně čistých substrátech Struktury polovodičových zařízení, které vyžadují vrstvy různých materiálů nebo vytvářejí krystalické filmy z materiálů, které nelze získat jako monokrystaly

Faktory ovlivňující epitaxní procesy ve výrobě polovodičů

 

Faktory	Popis
Teplota	Ovlivňuje rychlost epitaxe a hustotu epitaxní vrstvy. Teplota potřebná pro proces epitaxe je vyšší než pokojová teplota a hodnota závisí na typu epitaxe.
Tlak	Ovlivňuje rychlost epitaxe a hustotu epitaxní vrstvy.
Vady	Defekty v epitaxi vedou k vadným waferům. Fyzikální podmínky požadované pro proces epitaxe by měly být zachovány pro růst epitaxní vrstvy bez defektů.
Požadovaná pozice	Proces epitaxe by měl růst na správné pozici krystalu. Oblasti, kde není během procesu žádoucí růst, by měly být řádně potaženy, aby se zabránilo růstu.
Vlastní doping	Protože se proces epitaxe provádí při vysokých teplotách, atomy dopantu mohou způsobit změny v materiálu.

Popis faktorů

Teplota Ovlivňuje rychlost epitaxe a hustotu epitaxní vrstvy. Teplota potřebná pro proces epitaxe je vyšší než pokojová teplota a hodnota závisí na typu epitaxe.

Tlak Ovlivňuje rychlost epitaxe a hustotu epitaxní vrstvy.

Defekty Defekty v epitaxi vedou k vadným waferům. Fyzikální podmínky požadované pro proces epitaxe by měly být zachovány pro růst epitaxní vrstvy bez defektů.

Požadovaná poloha Proces epitaxe by měl růst na správné poloze krystalu. Oblasti, kde není během procesu žádoucí růst, by měly být řádně potaženy, aby se zabránilo růstu.

Self-doping Protože proces epitaxe se provádí při vysokých teplotách, atomy dopantu mohou způsobit změny v materiálu.

Popis faktoru

Teplota Ovlivňuje rychlost epitaxe a hustotu epitaxní vrstvy. Teplota požadovaná pro epitaxní proces je vyšší než pokojová teplota a hodnota závisí na typu epitaxe.

Tlak ovlivňuje rychlost epitaxe a hustotu epitaxní vrstvy.

Defekty Defekty v epitaxi vedou k vadným waferům. Fyzikální podmínky požadované pro proces epitaxe by měly být udržovány pro růst epitaxní vrstvy bez defektů.

Požadované umístění Proces epitaxe by měl růst na správném místě krystalu. Oblasti, kde není během tohoto procesu žádoucí růst, by měly být řádně potaženy, aby se zabránilo růstu.

Samodopování Protože proces epitaxe probíhá při vysokých teplotách, atomy dopantu mohou způsobit změny v materiálu.

Epitaxní hustota a rychlost

Hustota epitaxního růstu je počet atomů na jednotku objemu materiálu ve vrstvě epitaxního růstu. Faktory jako teplota, tlak a typ polovodičového substrátu ovlivňují epitaxní růst. Obecně se hustota epitaxní vrstvy mění s výše uvedenými faktory. Rychlost, kterou epitaxní vrstva roste, se nazývá rychlost epitaxe.

Pokud je epitaxe pěstována ve správné poloze a orientaci, rychlost růstu bude vysoká a naopak. Podobně jako hustota epitaxní vrstvy závisí rychlost epitaxe také na fyzikálních faktorech, jako je teplota, tlak a typ materiálu substrátu.

Epitaxní rychlost se zvyšuje při vysokých teplotách a nízkých tlacích. Rychlost epitaxe také závisí na orientaci struktury substrátu, koncentraci reaktantů a použité technice růstu.

Metody epitaxního procesu

Existuje několik metod epitaxe:epitaxe v kapalné fázi (LPE), hybridní epitaxe v plynné fázi, epitaxe na pevné fázi,depozice atomové vrstvy, chemická depozice par, epitaxe molekulárního paprsku, atd. Porovnejme dva epitaxní procesy: CVD a MBE.

Chemická depozice z plynné fáze (CVD) Epitaxe molekulárního paprsku (MBE)

Chemický proces Fyzikální proces

Zahrnuje chemickou reakci, ke které dochází, když se prekurzor plynu setká s vyhřívaným substrátem v růstové komoře nebo reaktoru Materiál, který má být nanášen, se zahřívá ve vakuu

Přesná kontrola procesu růstu filmu Přesná kontrola tloušťky a složení narostlé vrstvy

Pro aplikace, které vyžadují vysoce kvalitní epitaxní vrstvy Pro aplikace, které vyžadují extrémně jemné epitaxní vrstvy

Nejčastěji používaná metoda Dražší metoda

Chemická depozice z par (CVD)	Epitaxe molekulárního paprsku (MBE)
Chemický proces	Fyzikální proces
Zahrnuje chemickou reakci, ke které dochází, když se prekurzor plynu setká se zahřátým substrátem v růstové komoře nebo reaktoru	Materiál určený k nanášení se zahřívá za podmínek vakua
Přesné řízení procesu růstu tenkého filmu	Přesná kontrola tloušťky a složení rostlé vrstvy
Používá se v aplikacích vyžadujících vysoce kvalitní epitaxní vrstvy	Používá se v aplikacích vyžadujících extrémně jemné epitaxní vrstvy
Nejčastěji používaná metoda	Dražší metoda

Chemická depozice z plynné fáze (CVD) Epitaxe molekulárního paprsku (MBE)

Chemický proces Fyzikální proces

Zahrnuje chemickou reakci, ke které dochází, když se prekurzor plynu setká s vyhřívaným substrátem v růstové komoře nebo reaktoru Materiál, který má být nanášen, se zahřívá ve vakuu

Přesná kontrola procesu růstu tenkého filmu Přesná kontrola tloušťky a složení narostlé vrstvy

Používá se v aplikacích vyžadujících vysoce kvalitní epitaxní vrstvy Používá se v aplikacích vyžadujících extrémně jemné epitaxní vrstvy

Nejčastěji používaná metoda Dražší metoda

Proces epitaxe je kritický při výrobě polovodičů; optimalizuje výkon

polovodičová zařízení a integrované obvody. Je to jeden z hlavních procesů při výrobě polovodičových součástek, který ovlivňuje kvalitu součástek, vlastnosti a elektrický výkon.