Kas yra puslaidininkių epitaksijos procesas?

Idealiai tinka integruoti grandynus arba puslaidininkinius įrenginius ant tobulo kristalinio pagrindo sluoksnio. Theepitaksija(epi) puslaidininkių gamybos proceso tikslas yra nusodinti smulkų vieno kristalo sluoksnį, paprastai apie 0,5–20 mikronų, ant vieno kristalinio pagrindo. Epitaksijos procesas yra svarbus puslaidininkinių įtaisų gamybos etapas, ypač silicio plokštelių gamyboje.

Epitaksijos (epi) procesas puslaidininkių gamyboje

Puslaidininkių gamybos epitaksijos apžvalga

Kas tai yra Epitaksinis (epi) procesas puslaidininkių gamyboje leidžia ant kristalinio pagrindo tam tikra orientacija išaugti plonam kristaliniam sluoksniui.

Tikslas Puslaidininkių gamyboje epitaksijos proceso tikslas yra užtikrinti, kad elektronai būtų veiksmingesni per įrenginį. Puslaidininkinių įtaisų konstrukcijoje naudojami epitaksiniai sluoksniai, siekiant patobulinti ir padaryti struktūrą vienodą.

ProcesasepitaksijaŠis procesas leidžia augti didesnio grynumo epitaksiniams sluoksniams ant tos pačios medžiagos pagrindo. Kai kuriose puslaidininkinėse medžiagose, tokiose kaip heterosandūriniai bipoliniai tranzistoriai (HBT) arba metalo oksido puslaidininkių lauko efekto tranzistoriai (MOSFET), epitaksijos procesas naudojamas norint išauginti medžiagos sluoksnį, kuris skiriasi nuo substrato. Tai epitaksijos procesas, leidžiantis išauginti mažo tankio legiruotą sluoksnį ant labai legiruotos medžiagos sluoksnio.

Puslaidininkių gamybos epitaksijos proceso apžvalga

Kas tai yra Epitaksinis (epi) procesas puslaidininkių gamyboje leidžia ant kristalinio pagrindo tam tikra orientacija išaugti plonam kristaliniam sluoksniui.

Puslaidininkių gamybos tikslas, epitaksijos proceso tikslas yra efektyviau pernešti elektronus per įrenginį. Puslaidininkinių įtaisų konstrukcijoje naudojami epitaksiniai sluoksniai, siekiant patobulinti ir padaryti struktūrą vienodą.

Epitaksinis procesas leidžia augti didesnio grynumo epitaksiniams sluoksniams ant tos pačios medžiagos substrato. Kai kuriose puslaidininkinėse medžiagose, tokiose kaip heterosandūriniai bipoliniai tranzistoriai (HBT) arba metalo oksido puslaidininkių lauko efekto tranzistoriai (MOSFET), epitaksijos procesas naudojamas norint išauginti medžiagos sluoksnį, kuris skiriasi nuo substrato. Tai epitaksijos procesas, leidžiantis išauginti mažo tankio legiruotą sluoksnį ant labai legiruotos medžiagos sluoksnio.

Epitaksinių procesų tipai puslaidininkių gamyboje

Epitaksiniame procese augimo kryptį lemia apatinis substrato kristalas. Priklausomai nuo nusodinimo pasikartojimo, gali būti vienas arba keli epitaksiniai sluoksniai. Epitaksiniai procesai gali būti naudojami ploniems medžiagos sluoksniams formuoti, kurių cheminė sudėtis ir struktūra skiriasi nuo pagrindinio pagrindo.

Dviejų tipų Epi procesai

CharakteristikosHomoepitaksija Heteroepitaksija

Augimo sluoksniai Epitaksinis augimo sluoksnis yra ta pati medžiaga kaip substrato sluoksnis Epitaksinis augimo sluoksnis yra kitokia medžiaga nei substrato sluoksnis

Kristalų struktūra ir gardelė Pagrindo ir epitaksinio sluoksnio kristalų struktūra ir gardelės konstanta yra vienodos Pagrindo ir epitaksinio sluoksnio kristalų struktūra ir gardelės konstanta skiriasi

Pavyzdžiai Epitaksinis didelio grynumo silicio augimas ant silicio substrato Galio arsenido epitaksinis augimas ant silicio substrato

Taikymas Puslaidininkinių įtaisų struktūros, kurioms reikalingi skirtingų dopingo lygių sluoksniai arba grynos plėvelės ant ne tokio gryno pagrindo. Puslaidininkinių įtaisų struktūros, kurioms reikalingi skirtingų medžiagų sluoksniai arba statomos kristalinės plėvelės iš medžiagų, kurių negalima gauti kaip pavienių kristalų

Dviejų tipų Epi procesai

Charakteristikos Homoepitaksija Heteroepitaksija

Augimo sluoksnis Epitaksinis augimo sluoksnis yra ta pati medžiaga kaip substrato sluoksnis Epitaksinis augimo sluoksnis yra kitokia medžiaga nei substrato sluoksnis

Kristalų struktūra ir gardelė Pagrindo ir epitaksinio sluoksnio kristalų struktūra ir gardelės konstanta yra vienodos Pagrindo ir epitaksinio sluoksnio kristalų struktūra ir gardelės konstanta skiriasi

Pavyzdžiai Epitaksinis didelio grynumo silicio augimas ant silicio substrato Galio arsenido epitaksinis augimas ant silicio substrato

Taikymas Puslaidininkinių įtaisų struktūros, kurioms reikalingi skirtingų dopingo lygių sluoksniai arba grynos plėvelės ant mažiau grynų substratų. Puslaidininkinių įtaisų struktūros, kurioms reikalingi skirtingų medžiagų sluoksniai arba kuriamos kristalinės plėvelės iš medžiagų, kurių negalima gauti kaip pavienių kristalų

Veiksniai, turintys įtakos epitaksiniams procesams puslaidininkių gamyboje

Veiksnių aprašymas

Temperatūra Įtakoja epitaksijos greitį ir epitaksinio sluoksnio tankį. Temperatūra, reikalinga epitaksijos procesui, yra aukštesnė nei kambario temperatūra, o vertė priklauso nuo epitaksijos tipo.

Slėgis Įtakoja epitaksijos greitį ir epitaksinio sluoksnio tankį.

Defektai Dėl epitaksijos defektų atsiranda defektinių plokštelių. Kad epitaksinis sluoksnis augtų be defektų, turi būti palaikomos fizinės sąlygos, reikalingos epitaksijos procesui.

Pageidaujama padėtis Epitaksijos procesas turėtų augti ant tinkamos kristalo padėties. Vietos, kuriose augimo metu nenorima augti, turi būti tinkamai padengtos, kad būtų išvengta augimo.

Savaiminis dopingas Kadangi epitaksijos procesas atliekamas aukštoje temperatūroje, legiravimo atomai gali sukelti medžiagos pokyčius.

Veiksnio aprašymas

Temperatūra Įtakoja epitaksijos greitį ir epitaksinio sluoksnio tankį. Epitaksiniam procesui reikalinga temperatūra yra aukštesnė už kambario temperatūrą, o vertė priklauso nuo epitaksijos tipo.

Slėgis turi įtakos epitaksijos greičiui ir epitaksinio sluoksnio tankiui.

Defektai Dėl epitaksijos defektų atsiranda defektinių plokštelių. Kad epitaksinis sluoksnis augtų be defektų, turi būti palaikomos fizinės sąlygos, reikalingos epitaksijos procesui.

Pageidaujama vieta Epitaksijos procesas turėtų augti tinkamoje kristalo vietoje. Vietos, kuriose šio proceso metu augti nenorima, reikia tinkamai padengti, kad būtų išvengta augimo.

Savaiminis dopingas Kadangi epitaksijos procesas atliekamas aukštoje temperatūroje, legiravimo atomai gali sukelti medžiagos pokyčius.

Epitaksinis tankis ir greitis

Epitaksinio augimo tankis – tai atomų skaičius medžiagos tūrio vienete epitaksinio augimo sluoksnyje. Tokie veiksniai kaip temperatūra, slėgis ir puslaidininkinio substrato tipas turi įtakos epitaksiniam augimui. Paprastai epitaksinio sluoksnio tankis skiriasi priklausomai nuo pirmiau minėtų veiksnių. Greitis, kuriuo epitaksinis sluoksnis auga, vadinamas epitaksijos greičiu.

Jei epitaksė auginama tinkamoje vietoje ir tinkamoje orientacijoje, augimo greitis bus didelis ir atvirkščiai. Panašiai kaip ir epitaksinio sluoksnio tankis, epitaksijos greitis taip pat priklauso nuo fizinių veiksnių, tokių kaip temperatūra, slėgis ir substrato medžiagos tipas.

Epitaksinis greitis padidėja esant aukštai temperatūrai ir žemam slėgiui. Epitaksijos greitis taip pat priklauso nuo substrato struktūros orientacijos, reagentų koncentracijos ir naudojamos auginimo technikos.

Epitaksijos proceso metodai

Yra keli epitaksijos metodai:skystos fazės epitaksija (LPE), hibridinė garų fazės epitaksija, kietosios fazės epitaksija,atominio sluoksnio nusodinimas, cheminis nusodinimas garais, molekulinio pluošto epitaksijair tt Palyginkime du epitaksinius procesus: CVD ir MBE.

Cheminis nusodinimas garais (CVD) Molekulinio pluošto epitaksija (MBE)

Cheminis procesas Fizinis procesas

Apima cheminę reakciją, kuri įvyksta, kai dujų pirmtakas auginimo kameroje arba reaktoriuje susitinka su šildomu substratu. Nusodinama medžiaga kaitinama vakuumo sąlygomis

Tiksli plėvelės augimo proceso kontrolė Tiksli išauginto sluoksnio storio ir sudėties kontrolė

Skirta naudoti, kurioms reikia aukštos kokybės epitaksinių sluoksnių. Skirta naudoti, kurioms reikalingi itin smulkūs epitaksiniai sluoksniai

Dažniausiai naudojamas metodas Brangesnis metodas

Cheminis procesas Fizinis procesas

Apima cheminę reakciją, kuri įvyksta, kai dujų pirmtakas auginimo kameroje arba reaktoriuje susitinka su šildomu substratu. Nusodinama medžiaga kaitinama vakuumo sąlygomis

Tiksli plonos plėvelės augimo proceso kontrolė Tiksli išauginto sluoksnio storio ir sudėties kontrolė

Naudojamas tais atvejais, kai reikia aukštos kokybės epitaksinių sluoksnių. Naudojamas tais atvejais, kai reikia ypač plonų epitaksinių sluoksnių

Dažniausiai naudojamas metodas Brangesnis metodas

Epitaksijos procesas yra labai svarbus puslaidininkių gamyboje; jis optimizuoja veikimą

puslaidininkiniai įtaisai ir integriniai grandynai. Tai vienas iš pagrindinių puslaidininkinių prietaisų gamybos procesų, turinčių įtakos įrenginio kokybei, charakteristikoms ir elektriniam veikimui.