Технологија припреме силицијум(Си) епитаксије

Силицијум(Си) епитаксијатехнологија припреме

Шта је епитаксијални раст?

·Монокристални материјали сами по себи не могу задовољити потребе растуће производње разних полупроводничких уређаја. Крајем 1959. танак слој одмонокристалтехнологија раста материјала – развијен је епитаксијални раст.

Епитаксијални раст је узгој слоја материјала који испуњава захтеве на једној кристалној подлози која је пажљиво обрађена резањем, брушењем и полирањем под одређеним условима. С обзиром да је узгојени појединачни слој производа продужетак решетке супстрата, слој узгојеног материјала назива се епитаксијални слој.

Класификација према особинама епитаксијалног слоја

·Хомогена епитаксија: Тхеепитаксијални слојје исти као и материјал подлоге, који одржава конзистентност материјала и помаже да се постигне висококвалитетна структура производа и електрична својства.

·Хетерогена епитаксија: Тхеепитаксијални слојразликује се од материјала подлоге. Одабиром одговарајуће подлоге, услови раста се могу оптимизовати и опсег примене материјала може се проширити, али треба превазићи изазове које доноси неусклађеност решетки и разлике у термичком ширењу.

Класификација према положају уређаја

Позитивна епитаксија: односи се на формирање епитаксијалног слоја на материјалу супстрата током раста кристала, а уређај се прави на епитаксијалном слоју.

Реверзна епитаксија: За разлику од позитивне епитаксије, уређај се производи директно на подлози, док се епитаксијални слој формира на структури уређаја.

Разлике у примени: Примена ова два у производњи полупроводника зависи од захтеваних својстава материјала и захтева за дизајн уређаја, а сваки је погодан за различите токове процеса и техничке захтеве.

Класификација методом епитаксијалног раста

· Директна епитаксија је метода коришћења загревања, бомбардовања електрона или спољашњег електричног поља како би атоми материјала који расту добили довољно енергије и директно мигрирали и депоновали на површини супстрата да би завршили епитаксијални раст, као што су вакуумско таложење, распршивање, сублимација итд. Међутим, овај метод има строге захтеве за опрему. Отпорност и дебљина филма имају лошу поновљивост, тако да није коришћен у епитаксијалној производњи силицијума.

· Индиректна епитаксија је употреба хемијских реакција за таложење и раст епитаксијалних слојева на површини супстрата, што се широко назива хемијско таложење паре (ЦВД). Међутим, танак филм узгојен ЦВД-ом није нужно један производ. Стога, строго говорећи, само ЦВД који расте у једном филму је епитаксијални раст. Ова метода има једноставну опрему, а различити параметри епитаксијалног слоја се лакше контролишу и имају добру поновљивост. Тренутно, епитаксијални раст силицијума углавном користи ову методу.

Друге категорије

·Према начину транспорта атома епитаксијалних материјала до подлоге, може се поделити на вакуумску епитаксију, епитаксију у гасној фази, епитаксију течне фазе (ЛПЕ) итд.

·Према процесу промене фазе, епитаксија се може поделити наепитаксија у гасној фази, епитаксија течне фазе, ичврста фаза епитаксије.

Проблеми решени епитаксијалним поступком

·Када је почела технологија епитаксијалног раста силицијума, било је то време када је производња силицијумских високофреквентних и транзистора велике снаге наишла на потешкоће. Из перспективе принципа транзистора, да би се добила висока фреквенција и велика снага, напон пробоја колектора мора бити висок и серијски отпор мора бити мали, односно пад напона засићења мора бити мали. Први захтева да отпорност материјала колекторске површине буде висок, док други захтева да отпорност материјала колекторске површине буде ниска, а ова два су контрадикторна. Ако се серијски отпор смањи проређивањем дебљине материјала колекторске површине, силицијумска плочица ће бити превише танка и крхка да би се могла обрадити. Ако се отпор материјала смањи, то ће бити у супротности са првим захтевом. Епитаксијална технологија је успешно решила ову потешкоћу.

Решење:

· Узгајати епитаксијални слој високе отпорности на подлози са изузетно ниском отпорношћу и произвести уређај на епитаксијалном слоју. Епитаксијални слој високе отпорности обезбеђује да цев има висок пробојни напон, док супстрат ниске отпорности смањује отпор подлоге и пад напона засићења, решавајући тако контрадикцију између њих.

Поред тога, епитаксијалне технологије као што су епитаксија парне фазе, епитаксија течне фазе, епитаксија молекуларним снопом и епитаксија парне фазе металног органског једињења из породице 1-В, породице 1-В и других сложених полупроводничких материјала као што је ГаАс, такође су у великој мери развијене. и постале су незаменљиве процесне технологије за производњу већине микроталасних иоптоелектронских уређаја.

Конкретно, успешна примена молекуларног зрака иметална органска парафазна епитаксија у ултра танким слојевима, суперрешеткама, квантним бунарима, напрегнутим суперрешеткама и танкослојној епитаксији на атомском нивоу поставила је основу за развој нове области истраживања полупроводника, „банд инжењеринга“.

Карактеристике епитаксијалног раста

(1) Епитаксијални слојеви високог (ниског) отпора могу се узгајати епитаксијално на подлогама ниске (високе) отпорности.

(2) Н(П) епитаксијални слојеви се могу узгајати на П(Н) супстратима да директно формирају ПН спојеве. Не постоји проблем компензације када се праве ПН спојеви на појединачним подлогама дифузијом.

(3) У комбинацији са технологијом маске, селективни епитаксијални раст се може вршити у одређеним подручјима, стварајући услове за производњу интегрисаних кола и уређаја са посебним структурама.

(4) Врста и концентрација допинга могу се мењати по потреби током епитаксијалног раста. Промена концентрације може бити нагла или постепена.

(5) Могу се узгајати ултра танки слојеви хетерогених, вишеслојних, вишекомпонентних једињења са променљивим компонентама.

(6) Епитаксијални раст се може извести на температури испод тачке топљења материјала. Брзина раста се може контролисати и може се постићи епитаксијални раст дебљине атомске скале.

Захтеви за епитаксијални раст

(1) Површина треба да буде равна и светла, без површинских недостатака као што су светле тачке, јаме, мрље од магле и линије клизања

(2) Добар интегритет кристала, ниска густина дислокација и грешака у слагању. Засилицијумска епитаксија, густина дислокација треба да буде мања од 1000/цм2, густина грешке у слагању треба да буде мања од 10/цм2, а површина треба да остане светла након што је кородира раствором хромне киселине.

(3) Концентрација позадинске нечистоће у епитаксијалном слоју треба да буде ниска и треба да буде потребна мања компензација. Чистоћа сировог материјала треба да буде висока, систем треба да буде добро запечаћен, окружење треба да буде чисто, а операција треба да буде строга како би се избегло уграђивање страних нечистоћа у епитаксијални слој.

(4) За хетерогену епитаксију, састав епитаксијалног слоја и супстрата треба нагло да се промени (осим захтева споре промене састава), а међусобну дифузију састава између епитаксијалног слоја и супстрата треба минимизирати.

(5) Концентрација допинга треба да буде строго контролисана и равномерно распоређена тако да епитаксијални слој има уједначен отпор који испуњава захтеве. Потребно је да отпорност наепитаксијалне плочицеузгајане у различитим пећима у истој пећи треба да буду доследне.

(6) Дебљина епитаксијалног слоја треба да задовољи захтеве, са добром униформношћу и поновљивошћу.

(7) Након епитаксијалног раста на подлози са укопаним слојем, изобличење узорка закопаног слоја је веома мало.

(8) Пречник епитаксијалне плочице треба да буде што је могуће већи да би се олакшала масовна производња уређаја и смањили трошкови.

(9) Термичка стабилностсложени полупроводнички епитаксијални слојевиа хетероспојна епитаксија је добра.