Tehnologija priprave epitaksije iz silicija (Si).

Silicijeva (Si) epitaksijatehnologija priprave

Kaj je epitaksialna rast?

·Samo monokristalni materiali ne morejo zadovoljiti potreb rastoče proizvodnje različnih polprevodniških naprav. Konec leta 1959 je nastal tanek slojmonokristalRazvita je bila tehnologija rasti materiala - epitaksialno rast.

Epitaksialna rast je gojenje plasti materiala, ki izpolnjuje zahteve, na enokristalnem substratu, ki je bil pod določenimi pogoji skrbno obdelan z rezanjem, brušenjem in poliranjem. Ker je gojena plast posameznega produkta podaljšek mreže substrata, se plast gojenega materiala imenuje epitaksialna plast.

Razvrstitev po lastnostih epitaksialne plasti

·Homogena epitaksija: Theepitaksialni slojje enak materialu podlage, ki ohranja konsistenco materiala in pomaga doseči visokokakovostno strukturo izdelka in električne lastnosti.

·Heterogena epitaksija: Theepitaksialni slojse razlikuje od materiala podlage. Z izbiro primernega substrata je mogoče optimizirati rastne pogoje in razširiti obseg uporabe materiala, vendar je treba premagati izzive, ki jih prinašajo neusklajenost mreže in razlike v toplotnem raztezanju.

Razvrstitev po položaju naprave

Pozitivna epitaksija: nanaša se na tvorbo epitaksialne plasti na materialu substrata med rastjo kristala, naprava pa je narejena na epitaksialni plasti.

Reverzna epitaksija: V nasprotju s pozitivno epitaksijo je naprava izdelana neposredno na substratu, medtem ko je epitaksialna plast oblikovana na strukturi naprave.

Razlike v uporabi: uporaba obeh v proizvodnji polprevodnikov je odvisna od zahtevanih lastnosti materiala in zahtev glede načrtovanja naprave, vsaka pa je primerna za različne procesne tokove in tehnične zahteve.

Razvrstitev po metodi epitaksialne rasti

· Neposredna epitaksija je metoda uporabe segrevanja, bombardiranja z elektroni ali zunanjega električnega polja, da atomi rastočega materiala pridobijo dovolj energije ter neposredno migrirajo in se nanesejo na površino substrata za dokončanje epitaksialne rasti, kot je vakuumsko nanašanje, razprševanje, sublimacija itd. Vendar ima ta metoda stroge zahteve glede opreme. Upornost in debelina filma imata slabo ponovljivost, zato ni bil uporabljen v epitaksialni proizvodnji silicija.

· Posredna epitaksija je uporaba kemičnih reakcij za nanos in rast epitaksialnih plasti na površini substrata, kar se na splošno imenuje kemično naparjanje (CVD). Vendar pa tanek film, ki nastane s CVD, ni nujno en sam izdelek. Zato je, strogo gledano, epitaksialna rast samo CVD, ki zraste en film. Ta metoda ima preprosto opremo, različne parametre epitaksialne plasti pa je lažje nadzorovati in imajo dobro ponovljivost. Trenutno epitaksialna rast silicija uporablja predvsem to metodo.

Druge kategorije

·Glede na metodo transporta atomov epitaksialnih materialov na substrat, jo lahko razdelimo na vakuumsko epitaksijo, epitaksijo v plinski fazi, epitaksijo v tekoči fazi (LPE) itd.

·Glede na proces fazne spremembe lahko epitaksijo razdelimo naplinskofazna epitaksija, tekočefazna epitaksija, intrdnofazna epitaksija.

Težave rešuje epitaksialni postopek

· Ko se je začela tehnologija epitaksialne rasti silicija, je bil čas, ko je proizvodnja silicijevih visokofrekvenčnih in visokozmogljivih tranzistorjev naletela na težave. Z vidika načela tranzistorja mora biti za doseganje visoke frekvence in velike moči prebojna napetost kolektorja visoka in serijski upor majhen, kar pomeni, da mora biti padec nasičene napetosti majhen. Prva zahteva, da je upornost materiala kolektorskega območja visoka, medtem ko slednja zahteva, da je upornost materiala kolektorskega območja nizka, oba pa sta protislovna. Če se serijski upor zmanjša s tanjšanjem debeline materiala kolektorskega območja, bo silicijeva rezina pretanka in krhka za obdelavo. Če se upornost materiala zmanjša, bo to v nasprotju s prvo zahtevo. Epitaksialna tehnologija je to težavo uspešno rešila.

rešitev:

·Izdelajte epitaksialno plast z visoko upornostjo na substratu z izjemno nizko upornostjo in izdelajte napravo na epitaksialni plasti. Epitaksialna plast z visoko upornostjo zagotavlja, da ima cev visoko prebojno napetost, medtem ko podlaga z nizko upornostjo zmanjša upor podlage in padec nasičene napetosti ter tako rešuje protislovje med obema.

Poleg tega so bile zelo razvite epitaksialne tehnologije, kot so epitaksija v parni fazi, epitaksija v tekoči fazi, epitaksija z molekularnim žarkom in epitaksija v parni fazi iz kovinskih organskih spojin iz družine 1-V, družine 1-V in drugih sestavljenih polprevodniških materialov, kot je GaAs. in so postale nepogrešljive procesne tehnologije za proizvodnjo večine mikrovalovnih pečic inoptoelektronske naprave.

Zlasti uspešna uporaba molekularnega žarka inkovinske organske parefazna epitaksija v ultratankih plasteh, supermrežah, kvantnih vrtinah, napetih supermrežah in tankoslojni epitaksiji na atomski ravni je postavila temelje za razvoj novega področja raziskav polprevodnikov, "pasovnega inženirstva".

Značilnosti epitaksialne rasti

(1) Epitaksialne plasti z visoko (nizko) odpornostjo je mogoče gojiti epitaksialno na podlagah z nizko (visoko) odpornostjo.

(2) N(P) epitaksialne plasti se lahko gojijo na P(N) substratih za neposredno oblikovanje PN spojev. Pri izdelavi PN spojev na posameznih substratih z difuzijo ni težav s kompenzacijo.

(3) V kombinaciji s tehnologijo maske je mogoče izvajati selektivno epitaksialno rast na določenih območjih, kar ustvarja pogoje za proizvodnjo integriranih vezij in naprav s posebnimi strukturami.

(4) Vrsta in koncentracija dopinga se lahko po potrebi spremenita med epitaksialno rastjo. Sprememba koncentracije je lahko nenadna ali postopna.

(5) Lahko se gojijo ultra tanke plasti heterogenih, večplastnih, večkomponentnih spojin s spremenljivimi komponentami.

(6) Epitaksialno rast je mogoče izvesti pri temperaturi pod tališčem materiala. Hitrost rasti je mogoče nadzorovati in doseči je mogoče epitaksialno rast debeline atomske lestvice.

Zahteve za epitaksialno rast

(1) Površina mora biti ravna in svetla, brez površinskih napak, kot so svetle lise, jamice, madeži megle in črte zdrsa

(2) Dobra kristalna celovitost, nizka dislokacija in gostota napak pri zlaganju. Zasilicijeva epitaksija, mora biti gostota dislokacij manjša od 1000/cm2, gostota napak pri zlaganju mora biti manjša od 10/cm2, površina pa mora ostati svetla, potem ko jo jedkala raztopina kromove kisline.

(3) Koncentracija nečistoč v ozadju epitaksialne plasti mora biti nizka in potrebna mora biti manjša kompenzacija. Čistost surovin mora biti visoka, sistem mora biti dobro zaprt, okolje mora biti čisto, delovanje pa mora biti strogo, da se prepreči vključitev tujih nečistoč v epitaksialno plast.

(4) Pri heterogeni epitaksiji se mora sestava epitaksialne plasti in substrata nenadoma spremeniti (razen zahteve po počasni spremembi sestave), medsebojna difuzija sestave med epitaksialno plastjo in substratom pa mora biti čim manjša.

(5) Koncentracijo dopinga je treba strogo nadzorovati in enakomerno porazdeliti, tako da ima epitaksialna plast enakomerno upornost, ki izpolnjuje zahteve. Zahteva se, da je upornostepitaksialne rezinepridelane v različnih pečeh v isti peči morajo biti dosledne.

(6) Debelina epitaksialne plasti mora izpolnjevati zahteve z dobro enakomernostjo in ponovljivostjo.

(7) Po epitaksialni rasti na substratu z zakopano plastjo je popačenje vzorca zakopane plasti zelo majhno.

(8) Premer epitaksialne rezine mora biti čim večji, da se olajša množična proizvodnja naprav in zmanjšajo stroški.

(9) Toplotna stabilnostsestavljene polprevodniške epitaksialne plastiin heterojunkcijska epitaksija je dobra.