Čo je proces epitaxie polovodičov?

Ideálne je stavať integrované obvody alebo polovodičové prvky na dokonalej kryštalickej základnej vrstve. Theepitaxia(epi) proces vo výrobe polovodičov má za cieľ nanesenie jemnej monokryštalickej vrstvy, zvyčajne asi 0,5 až 20 mikrónov, na monokryštalický substrát. Proces epitaxie je dôležitým krokom pri výrobe polovodičových prvkov, najmä pri výrobe kremíkových plátkov.

Proces epitaxie (epi) vo výrobe polovodičov

Prehľad epitaxie vo výrobe polovodičov

Čo je to Proces epitaxie (epi) pri výrobe polovodičov umožňuje rast tenkej kryštalickej vrstvy v danej orientácii na vrchu kryštalického substrátu.

Cieľ Pri výrobe polovodičov je cieľom procesu epitaxie zabezpečiť, aby sa elektróny prenášali cez zariadenie efektívnejšie. Pri konštrukcii polovodičových zariadení sú zahrnuté epitaxné vrstvy, aby sa zjemnila a zjednotila štruktúra.

Proces Theepitaxiaproces umožňuje rast epitaxných vrstiev vyššej čistoty na substráte z rovnakého materiálu. V niektorých polovodičových materiáloch, ako sú heterojunkčné bipolárne tranzistory (HBT) alebo polovodičové polovodičové tranzistory s efektom poľa (MOSFET), sa proces epitaxie používa na rast vrstvy materiálu odlišného od substrátu. Je to proces epitaxie, ktorý umožňuje pestovať nízkohustotnú dopovanú vrstvu na vrstve vysoko dopovaného materiálu.

Prehľad procesu epitaxie vo výrobe polovodičov

Čo to je Proces epitaxie (epi) pri výrobe polovodičov umožňuje rast tenkej kryštalickej vrstvy v danej orientácii na vrchu kryštalického substrátu.

Cieľom pri výrobe polovodičov je, že cieľom procesu epitaxie je zefektívniť prenos elektrónov cez zariadenie. Pri konštrukcii polovodičových zariadení sú zahrnuté epitaxné vrstvy, aby sa zjemnila a zjednotila štruktúra.

Proces epitaxie umožňuje rast epitaxných vrstiev vyššej čistoty na substráte z rovnakého materiálu. V niektorých polovodičových materiáloch, ako sú heterojunkčné bipolárne tranzistory (HBT) alebo polovodičové polovodičové tranzistory s efektom poľa (MOSFET), sa proces epitaxie používa na rast vrstvy materiálu odlišného od substrátu. Je to proces epitaxie, ktorý umožňuje pestovať dopovanú vrstvu s nízkou hustotou na vrstve vysoko dopovaného materiálu.

Typy epitaxných procesov vo výrobe polovodičov

V epitaxiálnom procese je smer rastu určený kryštálom substrátu. V závislosti od opakovania depozície môže existovať jedna alebo viac epitaxných vrstiev. Epitaxné procesy možno použiť na vytvorenie tenkých vrstiev materiálu, ktorý je rovnaký alebo odlišný v chemickom zložení a štruktúre od podkladového substrátu.

Dva typy procesov Epi

CharakteristikaHomoepitaxia Heteroepitaxia

Rastové vrstvy Vrstva epitaxného rastu je rovnaký materiál ako vrstva substrátu Vrstva epitaxného rastu je iný materiál ako vrstva substrátu

Kryštalická štruktúra a mriežka Kryštálová štruktúra a mriežková konštanta substrátu a epitaxnej vrstvy sú rovnaké Kryštálová štruktúra a mriežková konštanta substrátu a epitaxnej vrstvy sú rôzne

Príklady Epitaxný rast vysoko čistého kremíka na kremíkovom substráte Epitaxný rast arzenidu gália na kremíkovom substráte

Aplikácie Štruktúry polovodičových zariadení vyžadujúce vrstvy rôznych úrovní dopovania alebo čisté filmy na menej čistých substrátoch Štruktúry polovodičových zariadení vyžadujúce vrstvy rôznych materiálov alebo stavebné kryštalické filmy materiálov, ktoré nemožno získať ako monokryštály

Dva typy procesov Epi

Charakteristika Homoepitaxia Heteroepitaxia

Rastová vrstva Epitaxná rastová vrstva je rovnaký materiál ako vrstva substrátu Epitaxná rastová vrstva je iný materiál ako vrstva substrátu

Kryštalická štruktúra a mriežka Kryštálová štruktúra a mriežková konštanta substrátu a epitaxnej vrstvy sú rovnaké Kryštálová štruktúra a mriežková konštanta substrátu a epitaxnej vrstvy sú rôzne

Príklady Epitaxný rast vysoko čistého kremíka na kremíkovom substráte Epitaxný rast arzenidu gália na kremíkovom substráte

Aplikácie Štruktúry polovodičových zariadení, ktoré vyžadujú vrstvy rôznych úrovní dopovania alebo čisté filmy na menej čistých substrátoch Štruktúry polovodičových zariadení, ktoré vyžadujú vrstvy rôznych materiálov alebo vytvárajú kryštalické filmy z materiálov, ktoré nemožno získať ako monokryštály

Faktory ovplyvňujúce epitaxné procesy vo výrobe polovodičov

Popis faktorov

Teplota Ovplyvňuje rýchlosť epitaxie a hustotu epitaxnej vrstvy. Teplota potrebná na proces epitaxie je vyššia ako teplota miestnosti a hodnota závisí od typu epitaxie.

Tlak Ovplyvňuje rýchlosť epitaxie a hustotu epitaxnej vrstvy.

Defekty Defekty v epitaxii vedú k chybným plátkom. Fyzikálne podmienky požadované pre proces epitaxie by sa mali udržiavať pre rast epitaxnej vrstvy bez defektov.

Požadovaná poloha Proces epitaxie by mal rásť na správnej polohe kryštálu. Oblasti, kde sa počas procesu nechce rast, by mali byť riadne potiahnuté, aby sa zabránilo rastu.

Vlastné dopovanie Pretože proces epitaxie prebieha pri vysokých teplotách, atómy dopantu môžu spôsobiť zmeny v materiáli.

Popis faktora

Teplota Ovplyvňuje rýchlosť epitaxie a hustotu epitaxnej vrstvy. Teplota potrebná na epitaxný proces je vyššia ako teplota miestnosti a hodnota závisí od typu epitaxie.

Tlak ovplyvňuje rýchlosť epitaxie a hustotu epitaxnej vrstvy.

Defekty Defekty v epitaxii vedú k chybným plátkom. Fyzikálne podmienky potrebné pre proces epitaxie by sa mali udržiavať pre rast epitaxnej vrstvy bez defektov.

Požadované umiestnenie Proces epitaxie by mal rásť na správnom mieste kryštálu. Oblasti, kde sa počas tohto procesu nechce rast, by mali byť riadne natreté, aby sa zabránilo rastu.

Vlastné dopovanie Pretože proces epitaxie prebieha pri vysokých teplotách, atómy dopantu môžu spôsobiť zmeny v materiáli.

Epitaxná hustota a rýchlosť

Hustota epitaxného rastu je počet atómov na jednotku objemu materiálu v epitaxiálnej rastovej vrstve. Faktory ako teplota, tlak a typ polovodičového substrátu ovplyvňujú epitaxiálny rast. Vo všeobecnosti sa hustota epitaxnej vrstvy mení s vyššie uvedenými faktormi. Rýchlosť, ktorou epitaxná vrstva rastie, sa nazýva rýchlosť epitaxie.

Ak sa epitaxia pestuje na správnom mieste a orientácii, rýchlosť rastu bude vysoká a naopak. Podobne ako hustota epitaxnej vrstvy, rýchlosť epitaxie tiež závisí od fyzikálnych faktorov, ako je teplota, tlak a typ materiálu substrátu.

Epitaxná rýchlosť sa zvyšuje pri vysokých teplotách a nízkych tlakoch. Rýchlosť epitaxie tiež závisí od orientácie štruktúry substrátu, koncentrácie reaktantov a použitej techniky rastu.

Metódy epitaxného procesu

Existuje niekoľko metód epitaxie:epitaxia v kvapalnej fáze (LPE), hybridná epitaxia v parnej fáze, epitaxia v pevnej fáze,ukladanie atómovej vrstvy, chemická depozícia z pár, epitaxia molekulárneho lúča, atď. Porovnajme dva procesy epitaxie: CVD a MBE.

Chemická depozícia z plynnej fázy (CVD) Molekulárna epitaxia (MBE)

Chemický proces Fyzikálny proces

Zahŕňa chemickú reakciu, ku ktorej dochádza, keď sa prekurzor plynu stretne s vyhrievaným substrátom v rastovej komore alebo reaktore Materiál, ktorý sa má nanášať, sa zahrieva vo vákuu.

Presná kontrola procesu rastu filmu Presná kontrola hrúbky a zloženia narastenej vrstvy

Pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysokokvalitné epitaxné vrstvy Pre aplikácie, ktoré vyžadujú extrémne jemné epitaxné vrstvy

Najčastejšie používaná metóda Drahšia metóda

Chemický proces Fyzikálny proces

Zahŕňa chemickú reakciu, ku ktorej dochádza, keď sa prekurzor plynu stretne s vyhrievaným substrátom v rastovej komore alebo reaktore Materiál, ktorý sa má nanášať, sa zahrieva vo vákuu.

Presná kontrola procesu rastu tenkého filmu Presná kontrola hrúbky a zloženia narastenej vrstvy

Používa sa v aplikáciách vyžadujúcich vysokokvalitné epitaxné vrstvy Používa sa v aplikáciách vyžadujúcich extrémne jemné epitaxné vrstvy

Najčastejšie používaná metóda Drahšia metóda

Proces epitaxie je kritický pri výrobe polovodičov; optimalizuje výkon

polovodičové zariadenia a integrované obvody. Je to jeden z hlavných procesov pri výrobe polovodičových zariadení, ktorý ovplyvňuje kvalitu, vlastnosti a elektrický výkon zariadenia.