Technologie přípravy křemíkové (Si) epitaxe

Silikonová (Si) epitaxetechnologie přípravy

Co je epitaxní růst?

·Samotné jednokrystalové materiály nemohou uspokojit potřeby rostoucí výroby různých polovodičových součástek. Koncem roku 1959 tenká vrstvamonokrystalbyla vyvinuta technologie růstu materiálu - epitaxní růst.

Epitaxní růst znamená růst vrstvy materiálu, který splňuje požadavky na monokrystalickém substrátu, který byl pečlivě zpracován řezáním, broušením a leštěním za určitých podmínek. Vzhledem k tomu, že narostlá jednotlivá vrstva produktu je prodloužením substrátové mřížky, vrstva narostlého materiálu se nazývá epitaxní vrstva.

Klasifikace podle vlastností epitaxní vrstvy

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

·Heterogenní epitaxe: Theepitaxní vrstvase liší od materiálu substrátu. Výběrem vhodného substrátu lze optimalizovat podmínky růstu a rozšířit rozsah použití materiálu, ale je třeba překonat problémy, které přináší nesoulad mřížky a rozdíly v tepelné roztažnosti.

Klasifikace podle polohy zařízení

Pozitivní epitaxe: označuje vytvoření epitaxní vrstvy na substrátovém materiálu během růstu krystalu a zařízení je vyrobeno na epitaxní vrstvě.

Reverzní epitaxe: Na rozdíl od pozitivní epitaxe se prostředek vyrábí přímo na substrátu, zatímco epitaxní vrstva se tvoří na struktuře prostředku.

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 epitaxního 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, epitaxe v kapalné fázi, aepitaxe na pevné fázi.

Problémy řešené epitaxním 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:

·Vypěstujte vysoce odolnou epitaxní vrstvu na substrátu s extrémně nízkým měrným odporem a vyrobte zařízení na epitaxní vrstvě. Vysokoodporová epitaxní vrstva zajišťuje, že trubice má vysoké průrazné napětí, zatímco nízkoodporový substrát snižuje odpor substrátu a pokles saturačního napětí, čímž řeší rozpor mezi těmito dvěma.

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

Zejména úspěšná aplikace molekulárního svazku aorganické páry kovůfázová epitaxe v ultratenkých vrstvách, supermřížky, kvantové studny, napnuté supermřížky a epitaxe na tenké vrstvě na atomové úrovni položily základy pro rozvoj nového oboru polovodičového výzkumu, „pásmového inženýrství“.

Charakteristika epitaxního růstu

(1) Epitaxní vrstvy s vysokou (nízkou) rezistencí mohou být kultivovány epitaxně na substrátech s nízkou (vysokou) rezistencí.

(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 lze provádět selektivní epitaxní růst v určených oblastech, čímž se vytvářejí podmínky pro výrobu integrovaných obvodů a zařízení se speciální strukturou.

(4) Typ a koncentraci dopingu lze během epitaxního růstu podle potřeby měnit. Změna koncentrace může být náhlá nebo postupná.

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

(6) Epitaxní růst lze provádět při teplotě pod bodem tání materiálu. Rychlost růstu je kontrolovatelná a lze dosáhnout epitaxního růstu tloušťky v atomárním měřítku.

Požadavky na epitaxní 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 epitaxehustota 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) U heterogenní epitaxe by se mělo náhle změnit složení epitaxní vrstvy a substrátu (s výjimkou požadavku pomalé změny složení) a minimalizovat vzájemnou difúzi kompozice mezi epitaxní vrstvou a substrátem.

(5) Koncentrace dopingu by měla být přísně kontrolována a rovnoměrně distribuována tak, aby epitaxní vrstva měla jednotný odpor, který splňuje požadavky. Je požadováno, aby měrný odporepitaxní 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 epitaxním růstu na substrátu se skrytou vrstvou je deformace vzoru skryté vrstvy velmi malá.

(8) Průměr epitaxního plátku by měl být co největší, aby se usnadnila hromadná výroba prostředků a snížily náklady.

(9) Tepelná stabilitasložené polovodičové epitaxní vrstvya heterojunkční epitaxe je dobrá.