Technológia prípravy kremíkovej (Si) epitaxie

Silikónová (Si) epitaxiatechnológia prípravy

Čo je epitaxný rast?

·Samotné jednokryštálové materiály nedokážu uspokojiť potreby rastúcej výroby rôznych polovodičových zariadení. Koncom roku 1959 sa vytvorila tenká vrstva omonokryštálbola vyvinutá technológia rastu materiálu - epitaxný rast.

Epitaxný rast je rast vrstvy materiálu, ktorý spĺňa požiadavky na monokryštálovom substráte, ktorý bol starostlivo spracovaný rezaním, brúsením a leštením za určitých podmienok. Pretože vyrastená vrstva jedného produktu je predĺžením mriežky substrátu, vrstva pestovaného materiálu sa nazýva epitaxná vrstva.

Klasifikácia podľa vlastností epitaxnej vrstvy

·Homogénna epitaxia: Theepitaxná vrstvaje rovnaký ako podkladový materiál, ktorý zachováva konzistenciu materiálu a pomáha dosiahnuť kvalitnú štruktúru produktu a elektrické vlastnosti.

·Heterogénna epitaxia: Theepitaxná vrstvasa líši od materiálu substrátu. Výberom vhodného substrátu je možné optimalizovať podmienky rastu a rozšíriť rozsah použitia materiálu, je však potrebné prekonať problémy, ktoré prináša nesúlad mriežok a rozdiely v tepelnej rozťažnosti.

Klasifikácia podľa polohy zariadenia

Pozitívna epitaxia: označuje vytvorenie epitaxnej vrstvy na materiáli substrátu počas rastu kryštálov a zariadenie je vyrobené na epitaxiálnej vrstve.

Reverzná epitaxia: Na rozdiel od pozitívnej epitaxie sa pomôcka vyrába priamo na substráte, pričom epitaxná vrstva sa tvorí na štruktúre pomôcky.

Aplikačné rozdiely: Použitie týchto dvoch pri výrobe polovodičov závisí od požadovaných vlastností materiálu a požiadaviek na dizajn zariadenia a každý je vhodný pre rôzne procesné toky a technické požiadavky.

Klasifikácia metódou epitaxného rastu

· Priama epitaxia je metóda použitia zahrievania, bombardovania elektrónmi alebo vonkajšieho elektrického poľa, aby atómy rastúceho materiálu získali dostatok energie a priamo migrovali a ukladali sa na povrch substrátu, aby sa dokončil epitaxný rast, ako je vákuová depozícia, naprašovanie, sublimácia atď. Táto metóda má však prísne požiadavky na vybavenie. Rezistivita a hrúbka filmu majú zlú opakovateľnosť, takže sa nepoužili pri výrobe kremíkových epitaxí.

· Nepriama epitaxia je použitie chemických reakcií na ukladanie a rast epitaxných vrstiev na povrchu substrátu, čo sa všeobecne nazýva chemická depozícia z pár (CVD). Avšak tenký film pestovaný pomocou CVD nie je nevyhnutne jedným produktom. Preto, prísne vzaté, iba CVD, ktoré rastie na jednom filme, je epitaxným rastom. Táto metóda má jednoduché vybavenie a rôzne parametre epitaxnej vrstvy sa ľahšie kontrolujú a majú dobrú opakovateľnosť. V súčasnosti túto metódu využíva hlavne kremíkový epitaxný rast.

Ostatné kategórie

·Podľa spôsobu transportu atómov epitaxných materiálov na substrát je možné rozdeliť na vákuovú epitaxiu, epitaxiu v plynnej fáze, epitaxiu v kvapalnej fáze (LPE) atď.

·Podľa procesu fázovej zmeny možno epitaxiu rozdeliť naepitaxia v plynnej fáze, epitaxia v kvapalnej fáze, aepitaxia na pevnej fáze.

Problémy riešené epitaxným procesom

·Keď sa začala technológia epitaxného rastu kremíka, nastal čas, keď výroba kremíkových vysokofrekvenčných a vysokovýkonných tranzistorov narazila na ťažkosti. Z hľadiska princípu tranzistora na získanie vysokej frekvencie a vysokého výkonu musí byť prierazné napätie kolektora vysoké a sériový odpor musí byť malý, to znamená, že pokles saturačného napätia musí byť malý. Prvý vyžaduje vysoký merný odpor materiálu kolektorovej plochy, zatiaľ čo druhý vyžaduje nízky merný odpor materiálu kolektorovej plochy a tieto dva sú protichodné. Ak sa sériový odpor zníži stenčením hrúbky materiálu oblasti kolektora, kremíkový plátok bude príliš tenký a krehký na spracovanie. Ak sa odpor materiálu zníži, bude to v rozpore s prvou požiadavkou. Epitaxná technológia úspešne vyriešila tento problém.

Riešenie:

· Vypestujte vysokoodolnú epitaxiálnu vrstvu na substráte s extrémne nízkym odporom a vyrobte zariadenie na epitaxiálnej vrstve. Epitaxná vrstva s vysokým odporom zaisťuje, že trubica má vysoké prierazné napätie, zatiaľ čo substrát s nízkym odporom znižuje odpor substrátu a pokles saturačného napätia, čím sa rieši rozpor medzi nimi.

Okrem toho boli vo veľkej miere vyvinuté aj epitaxné technológie, ako je epitaxia v plynnej fáze, epitaxia v kvapalnej fáze, epitaxia molekulárneho lúča a epitaxia v plynnej fáze organických zlúčenín kovov 1-V rodiny, 1-V rodiny a ďalšie zložené polovodičové materiály, ako sú GaAs. a stali sa nevyhnutnými procesnými technológiami na výrobu väčšiny mikrovlnných aoptoelektronické zariadenia.

Najmä úspešná aplikácia molekulárneho lúča aorganická para kovovfázová epitaxia v ultratenkých vrstvách, supermriežkach, kvantových jamách, napätých supermriežkach a epitaxia na tenkej vrstve na atómovej úrovni položila základ pre rozvoj novej oblasti výskumu polovodičov, „pásmového inžinierstva“.

Charakteristika epitaxného rastu

(1) Epitaxné vrstvy s vysokou (nízkou) rezistenciou možno epitaxne pestovať na substrátoch s nízkou (vysokou) rezistenciou.

(2) N(P) epitaxné vrstvy môžu byť pestované na P(N) substrátoch, aby sa priamo vytvorili PN spojenia. Pri vytváraní PN prechodov na jednotlivých substrátoch difúziou nevzniká žiadny problém s kompenzáciou.

(3) V kombinácii s technológiou masky možno na určených miestach vykonávať selektívny epitaxný rast, čím sa vytvárajú podmienky na výrobu integrovaných obvodov a zariadení so špeciálnymi štruktúrami.

(4) Typ a koncentrácia dopingu sa môže počas epitaxného rastu podľa potreby meniť. Zmena koncentrácie môže byť náhla alebo postupná.

(5) Môžu sa pestovať ultratenké vrstvy heterogénnych, viacvrstvových, viaczložkových zlúčenín s variabilnými zložkami.

(6) Epitaxný rast sa môže uskutočniť pri teplote pod bodom topenia materiálu. Rýchlosť rastu je kontrolovateľná a možno dosiahnuť epitaxný rast hrúbky v atómovom meradle.

Požiadavky na epitaxný rast

(1) Povrch by mal byť rovný a svetlý, bez povrchových defektov, ako sú svetlé škvrny, jamky, hmloviny a sklzové čiary

(2) Dobrá kryštálová integrita, nízka dislokácia a hustota stohovacích porúch. Presilikónová epitaxiahustota dislokácií by mala byť menšia ako 1000/cm2, hustota stohovacích chýb by mala byť menšia ako 10/cm2 a povrch by mal zostať svetlý po korózii leptacím roztokom kyseliny chrómovej.

(3) Koncentrácia nečistôt pozadia v epitaxiálnej vrstve by mala byť nízka a mala by sa vyžadovať menšia kompenzácia. Čistota suroviny by mala byť vysoká, systém by mal byť dobre utesnený, prostredie by malo byť čisté a prevádzka by mala byť prísna, aby sa zabránilo začleneniu cudzích nečistôt do epitaxnej vrstvy.

(4) Pri heterogénnej epitaxii by sa malo náhle zmeniť zloženie epitaxnej vrstvy a substrátu (okrem požiadavky pomalej zmeny zloženia) a mala by sa minimalizovať vzájomná difúzia kompozície medzi epitaxnou vrstvou a substrátom.

(5) Koncentrácia dopingu by mala byť prísne kontrolovaná a rovnomerne rozložená, aby epitaxiálna vrstva mala jednotný odpor, ktorý spĺňa požiadavky. Vyžaduje sa, aby merný odporepitaxné doštičkypestované v rôznych peciach v tej istej peci by mali byť konzistentné.

(6) Hrúbka epitaxnej vrstvy by mala spĺňať požiadavky s dobrou jednotnosťou a opakovateľnosťou.

(7) Po epitaxnom raste na substráte so zakrytou vrstvou je skreslenie vzoru pochovanej vrstvy veľmi malé.

(8) Priemer epitaxiálneho plátku by mal byť čo najväčší, aby sa uľahčila hromadná výroba zariadení a znížili náklady.

(9) Tepelná stabilitazložené polovodičové epitaxné vrstvya heterojunkčná epitaxia je dobrá.