Silicio (SI) epitaksijos paruošimo technologija

Silicio (Si) epitaksėparuošimo technologija

Kas yra epitaksinis augimas?

· Vien kristalinės medžiagos negali patenkinti augančios įvairių puslaidininkinių prietaisų gamybos poreikių. 1959 metų pabaigoje plonas sluoksnis išvieno kristaloMedžiagos augimo technologijos - buvo sukurtas epitaksinis augimas.

Epitaksinis augimas – tai reikalavimus atitinkančio medžiagos sluoksnio užauginimas ant vieno kristalo pagrindo, kuris buvo kruopščiai apdorotas pjaustant, šlifuojant ir poliruojant tam tikromis sąlygomis. Kadangi užaugintas vieno produkto sluoksnis yra substrato gardelės tęsinys, išaugintos medžiagos sluoksnis vadinamas epitaksiniu sluoksniu.

Klasifikacija pagal epitaksinio sluoksnio savybes

·Homogeninė epitaksija: Theepitaksinis sluoksnisyra tokia pati kaip pagrindo medžiaga, kuri palaiko medžiagos konsistenciją ir padeda pasiekti kokybišką gaminio struktūrą bei elektrines savybes.

·Heterogeninė epitaksija: Theepitaksinis sluoksnisskiriasi nuo pagrindo medžiagos. Pasirinkus tinkamą substratą, galima optimizuoti augimo sąlygas ir išplėsti medžiagos panaudojimo sritį, tačiau reikia įveikti iššūkius, kylančius dėl grotelių neatitikimo ir šiluminio plėtimosi skirtumų.

Klasifikavimas pagal įrenginio padėtį

Teigiama epitaksija: nurodo epitaksinio sluoksnio susidarymą ant substrato medžiagos kristalų augimo metu, o prietaisas pagamintas ant epitaksinio sluoksnio.

Atvirkštinė epitaksija: priešingai nei teigiama epitaksija, prietaisas gaminamas tiesiai ant pagrindo, o epitaksinis sluoksnis formuojamas ant įrenginio struktūros.

Taikymo skirtumai: Dviejų pritaikymas puslaidininkių gamyboje priklauso nuo reikiamų medžiagų savybių ir įrenginio projektavimo reikalavimų, ir kiekvienas tinkamas skirtingiems proceso srautams ir techniniams reikalavimams.

Klasifikacija pagal epitaksinio augimo metodą

· Tiesioginė epitaksija yra kaitinimo, elektronų bombardavimo ar išorinio elektrinio lauko naudojimo būdas, kad augančios medžiagos atomai gautų pakankamai energijos, ir tiesiogiai migruoja ir nusėda ant substrato paviršiaus, kad būtų atliktas epitaksinis augimas, pavyzdžiui, vakuuminis nusėdimas, dulkinimas, sublimacija ir kt. . Filmo atsparumas ir storis yra blogas pakartojamumas, todėl jis nebuvo naudojamas silicio epitaksiniame gamyboje.

· Netiesioginė epitaksija – tai cheminių reakcijų naudojimas epitaksiniams sluoksniams nusodinti ir išauginti ant substrato paviršiaus, kuris plačiai vadinamas cheminiu garų nusodinimu (CVD). Tačiau plona plėvelė, užauginta CVD, nebūtinai yra vienas produktas. Todėl, griežtai tariant, tik CVD, kuris išauga vieną plėvelę, yra epitaksinis augimas. Šis metodas turi paprastą įrangą, o įvairūs epitaksinio sluoksnio parametrai yra lengviau valdomi ir pasižymi geru pakartojamumu. Šiuo metu silicio epitaksiniam augimui daugiausia naudojamas šis metodas.

Kitos kategorijos

· Remiantis epitaksinių medžiagų atomų pernešimo į substratą metodą, jį galima suskirstyti į vakuuminę epitaksiją, dujų fazės epitaksiją, skystos fazės epitaksiją (LPE) ir kt.

·Pagal fazių kaitos procesą epitaksiją galima skirstyti įDujų fazės epitaksija, Skystos fazės epitaksija, irkietosios fazės epitaksė.

Problemos, išspręstos epitaksiniais procesais

· Kai prasidėjo silicio epitaksinio augimo technologija, atėjo laikas, kai silicio aukšto dažnio ir didelės galios tranzistorių gamyba susidūrė su sunkumais. Žvelgiant iš tranzistoriaus principo, norint gauti aukštą dažnį ir didelę galią, kolektoriaus skilimo įtampa turi būti aukšta, o atsparumas serijoms turi būti mažas, tai yra, prisotinimo įtampos kritimas turi būti mažas. Pirmasis reikalauja, kad kolekcininko srities medžiagos varža būtų didelė, o antrajam reikalaujama, kad kolektoriaus srities medžiagos varža būtų maža, ir jie abu yra prieštaringi. Jei serijos pasipriešinimas sumažėja pertrinant kolekcininko srities medžiagos storią, silicio plokštelė bus per plona ir trapi, kad būtų galima apdoroti. Jei sumažėja medžiagos atsparumas, tai prieštaraus pirmajam reikalavimui. Epitaksinė technologija sėkmingai išsprendė šį sunkumą.

Sprendimas:

· Užauginkite didelės varžos epitaksinį sluoksnį ant itin mažos varžos pagrindo ir gaminkite įrenginį ant epitaksinio sluoksnio. Didelės varžos epitaksinis sluoksnis užtikrina, kad vamzdis turi didelę gedimo įtampą, o mažos varžos substratas sumažina pagrindo varžą ir soties įtampos kritimą, taip išsprendžiant prieštaravimą tarp jų.

Be to, taip pat buvo labai išplėtotos epitaksinės technologijos, tokios kaip garų fazės epitaksė, skystosios fazės epitaksija, molekulinio pluošto epitaksija ir metalo organinių junginių garų fazės epitaksė 1-V šeimos, 1-V šeimos ir kitos sudėtinės puslaidininkinės medžiagos, tokios kaip GaAs. ir tapo nepakeičiamomis proceso technologijomis gaminant daugumą mikrobangų irOptoelektroniniai įtaisai.

Visų pirma, sėkmingas molekulinio pluošto pritaikymas irMetalo organiniai garaifazinė epitaksija itin plonuose sluoksniuose, supergardelėse, kvantiniuose šuliniuose, įtemptose supergardelėse ir atominio lygmens plono sluoksnio epitaksija padėjo pagrindą naujos puslaidininkių tyrimų srities – „juostos inžinerijos“ – plėtrai.

Epitaksinio augimo savybės

(1) Aukšto (žemo) atsparumo epitaksiniai sluoksniai gali būti auginami epitaksiškai ant žemų (aukštų) atsparumo substratų.

(2) n (p) epitaksiniai sluoksniai gali būti auginami ant p (n) substratų, kad būtų galima tiesiogiai sudaryti PN jungtis. Kompensacijų problemos, kai PN jungtys ant pavienių substratų, nėra jokios kompensacijos.

(3) Kartu su kaukių technologija, selektyvus epitaksinis augimas gali būti vykdomas nurodytose vietose, sukuriant sąlygas integruotų grandinių ir prietaisų, turinčių specialias struktūras, gamybai.

(4) Dopingo tipas ir koncentracija gali būti keičiami, kai reikia epitaksinio augimo metu. Koncentracijos pokytis gali būti staigus arba laipsniškas.

(5) Galima auginti itin plonus nevienalyčių, daugiasluoksnių, daugiakomponentių junginių su kintamomis sudedamosiomis dalimis sluoksnius.

(6) Epitaksinis augimas gali būti atliekamas žemesnėje nei medžiagos lydymosi temperatūra. Augimo greitis yra kontroliuojamas ir galima pasiekti epitaksinį atominio masto storio augimą.

Reikalavimai epitaksiniam augimui

(1) Paviršius turi būti lygus ir šviesus, be paviršiaus defektų, tokių kaip ryškios dėmės, duobės, rūko dėmės ir slydimo linijos

(2) Geras kristalų vientisumas, mažas dislokacija ir sukravimo gedimų tankis. Užsilicio epitaksija, dislokacijos tankis turėtų būti mažesnis nei 1000/cm2, sukrovimo gedimo tankis turėtų būti mažesnis nei 10/cm2, o paviršius turėtų išlikti ryškus po to, kai jį sugadino chromo rūgšties ėsdinimo tirpalas.

(3) Fono priemaišų koncentracija epitaksiniame sluoksnyje turėtų būti maža ir turėtų būti reikalaujama mažesnės kompensacijos. Žaliavos grynumas turi būti aukštas, sistema turi būti gerai sandari, aplinka turi būti švari, o operacija turi būti griežta, kad į epitaksinį sluoksnį nepatektų pašalinių priemaišų.

(4) Dėl nevienalytės epitaksijos epitaksinio sluoksnio ir substrato sudėtis turėtų pasikeisti staiga (išskyrus reikalavimą lėtai keisti sudėtį), o abipusė kompozicijos difuzija tarp epitaksinio sluoksnio ir substrato turėtų būti sumažinta.

(5) Dopingo koncentracija turėtų būti griežtai kontroliuojama ir tolygiai paskirstyta taip, kad epitaksinis sluoksnis turėtų vienodą varžą, atitinkančią reikalavimus. Reikalaujama, kad atsparumasepitaksinės plokštelėsauginami skirtingose ​​krosnyse toje pačioje krosnyje turėtų būti nuoseklūs.

(6) Epitaksinio sluoksnio storis turėtų atitikti reikalavimus, gerai vienodai ir pakartojamumui.

(7) Po epitaksinio augimo substrate su palaidotu sluoksniu, palaidoto sluoksnio modelio iškraipymas yra labai mažas.

(8) Epitaksinio plokštelės skersmuo turėtų būti kiek įmanoma didesnis, kad būtų lengviau masiškai gaminti prietaisus ir sumažinti sąnaudas.

(9) šiluminis stabilumassudėtiniai puslaidininkiniai epitaksiniai sluoksniaio heterojunkcinė epitaksija yra gera.