Tehnologija priprave epitaksije iz silicija (Si).

Silicij (SI) epitaksiTehnologija priprave

Kaj je epitaksialna rast?

· Samo enojni kristalni materiali ne morejo zadovoljiti potreb vse večje proizvodnje različnih polprevodniških naprav. Konec leta 1959 je tanka plastmonokristalTehnologija materiala za rast - razvita je bila epitaksialna rast.

Epitaksialna rast je rast plasti materiala, ki izpolnjuje zahteve na enem samem kristalnem substratu, ki je bil skrbno obdelan z rezanjem, brušenjem in poliranjem pod določenimi pogoji. Ker je zrasla enojna plast izdelka podaljšek substratne rešetke, se priravnana materialna plast imenuje epitaksialna plast.

Razvrstitev po lastnostih epitaksialne plasti

·Homogena epitaksija:Epitaksialna plastje enak materialu substrata, ki vzdržuje konsistenco materiala in pomaga doseči kakovostno strukturo izdelka in električne lastnosti.

·Heterogena epitaksija:Epitaksialna plastse razlikuje od materiala substrata. Z izbiro ustreznega substrata je mogoče optimizirati pogoje rasti in razširiti območje uporabe materiala, vendar je treba premagati izzive, ki jih prinašajo neusklajenost rešetk in toplotne razlike v ekspanziji.

Razvrstitev po položaju naprave

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

Vzvratna epitaksija: V nasprotju s pozitivno epitaksijo se naprava izdeluje neposredno na podlagi, 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 postopek spremembe faze lahko epitaksijo razdelimo naplinskofazna epitaksija, tekočefazna epitaksija, intrdnofazna epitaksija.

Težave, rešene z epitaksialnim postopkom

· 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:

· Gojite 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 epitaksialne tehnologije, kot so epitaksija parna faza, epitaksija tekoče faze, epitaksija molekularnega žarka in kovinska organska spojina parna faza epitaksija družine 1-V, 1-V in so postale nepogrešljive procesne tehnologije za proizvodnjo večine mikrovalovne pečice 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) Visoke (nizke) uporne epitaksialne plasti se lahko z epitaksialno gojijo na nizkih (visokih) odpornih podlagah.

(2) N(P) epitaksialne plasti je mogoče gojiti na P(N) substratih, da neposredno tvorijo PN spoje. 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) 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, jame, madeži megle in drsne črte

(2) Dobra kristalna celovitost, nizka dislokacija in gostota napak pri zlaganju. Zasilicijeva epitaksija, gostota dislokacije mora biti manjša od 1000/cm2, gostota napake zlaganja mora biti manjša od 10/cm2, površina pa mora ostati svetla, potem ko jo korodiramo z raztopino jedkanja kromne kisline.

(3) Koncentracija nečistoče v ozadju epitaksialne plasti mora biti nizka in potrebna je manjša kompenzacija. Čistost surovine mora biti visoka, sistem mora biti dobro zapečaten, okolje mora biti čisto, operacija pa mora biti stroga, da se izognemo vključitvi tujih nečistoč v epitaksialno plast.

(4) Za heterogeno epitaksijo se mora sestava epitaksialne plasti in substrata nenadoma spremeniti (razen zahteve po počasni spremembi sestave) in medsebojno difuzijo sestave med epitaksialnim slojem in substratom je treba zmanjšati.

(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 bolj velik, da se olajša množična proizvodnja naprav in zmanjšanje stroškov.

(9) Toplotna stabilnostSpojine polprevodniške epitaksialne plastiin heterojunkcija epitaksija je dobra.