Mikä on puolijohteen epitaksiprosessi?

On ihanteellista rakentaa integroituja piirejä tai puolijohdelaitteita täydelliselle kiteiselle pohjakerrokselle. Theepitaksia(epi) -prosessi puolijohteiden valmistuksessa pyrkii kerrostamaan hienon yksikiteisen kerroksen, yleensä noin 0,5 - 20 mikronia, yksikiteiselle alustalle. Epitaksiprosessi on tärkeä vaihe puolijohdelaitteiden valmistuksessa, erityisesti piikiekkojen valmistuksessa.

Epitaksi (epi) -prosessi puolijohteiden valmistuksessa

Katsaus epitaksiin puolijohteiden valmistuksessa

Mikä se on? Epitaksi (epi) -prosessi puolijohteiden valmistuksessa mahdollistaa ohuen kidekerroksen kasvun tietyssä suunnassa kiteisen substraatin päälle.

Tavoite Puolijohteiden valmistuksessa epitaksiprosessin tavoitteena on saada elektronit kulkeutumaan tehokkaammin laitteen läpi. Puolijohdelaitteiden rakentamisessa käytetään epitaksikerroksia, jotka parantavat ja tekevät rakenteesta yhtenäisen.

Prosessiepitaksiaprosessi mahdollistaa korkeamman puhtauden epitaksiaalisten kerrosten kasvun samaa materiaalia olevalle alustalle. Joissakin puolijohdemateriaaleissa, kuten heteroliitosbipolaarisissa transistoreissa (HBT) tai metallioksidipuolijohdekenttävaikutteisissa transistoreissa (MOSFET), epitaksiprosessia käytetään kasvattamaan substraatista poikkeava materiaalikerros. Se on epitaksiprosessi, joka mahdollistaa matalatiheyksisen seostetun kerroksen kasvattamisen voimakkaasti seostetun materiaalikerroksen päälle.

Katsaus epitaksiprosessiin puolijohteiden valmistuksessa

Mikä se on? Epitaksi (epi) -prosessi puolijohteiden valmistuksessa mahdollistaa ohuen kidekerroksen kasvun tietyssä suunnassa kiteisen substraatin päälle.

Tavoitteena puolijohteiden valmistuksessa, epitaksiprosessin tavoitteena on tehostaa laitteen läpi kulkevia elektroneja. Puolijohdelaitteiden rakentamisessa käytetään epitaksikerroksia, jotka parantavat ja tekevät rakenteesta yhtenäisen.

Epitaksiprosessi mahdollistaa puhtaampien epitaksikerrosten kasvun samaa materiaalia olevalle alustalle. Joissakin puolijohdemateriaaleissa, kuten heteroliitosbipolaarisissa transistoreissa (HBT) tai metallioksidipuolijohdekenttätransistoreissa (MOSFET), epitaksiprosessia käytetään kasvattamaan substraatista poikkeava materiaalikerros. Se on epitaksiprosessi, joka mahdollistaa matalatiheyksisen seostetun kerroksen kasvattamisen erittäin seostetun materiaalikerroksen päälle.

Epitaksiaalisten prosessien tyypit puolijohteiden valmistuksessa

Epitaksiaalisessa prosessissa kasvusuunnan määrää alla oleva substraattikide. Kerrostumisen toistumisesta riippuen voi olla yksi tai useampi epitaksiaalinen kerros. Epitaksiaalisilla prosesseilla voidaan muodostaa ohuita kerroksia materiaalista, joka on samanlainen tai erilainen kemialliselta koostumukseltaan ja rakenteeltaan kuin alla oleva substraatti.

Kahden tyyppisiä Epi-prosesseja

OminaisuudetHomoepitaksia Heteroepitaksia

Kasvukerrokset Epitaksiaalinen kasvukerros on samaa materiaalia kuin substraattikerros Epitaksiaalinen kasvukerros on eri materiaalia kuin substraattikerros

Kiderakenne ja hila Substraatin ja epitaksiaalikerroksen kiderakenne ja hilavakio ovat samat Substraatin ja epitaksikerroksen kiderakenne ja hilavakio ovat erilaisia

Esimerkkejä Erittäin puhtaan piin epitaksiaalinen kasvu piisubstraatilla Galliumarsenidin epitaksiaalinen kasvu piisubstraatilla

Käyttökohteet Puolijohdelaiterakenteet, jotka vaativat eri seostusasteisia kerroksia tai puhtaita kalvoja vähemmän puhtaille substraateille Puolijohdelaiterakenteet, jotka vaativat eri materiaalien kerroksia tai rakentavat kiteisiä kalvoja materiaaleista, joita ei voida saada yksittäiskiteiksi

Kahden tyyppisiä Epi-prosesseja

Ominaisuudet Homoepitaksia Heteroepitaksia

Kasvukerros Epitaksaalinen kasvukerros on samaa materiaalia kuin substraattikerros Epitaksiaalinen kasvukerros on eri materiaalia kuin substraattikerros

Kiderakenne ja hila Substraatin ja epitaksiaalikerroksen kiderakenne ja hilavakio ovat samat Substraatin ja epitaksiaalikerroksen kiderakenne ja hilavakio ovat erilaisia

Esimerkkejä Erittäin puhtaan piin epitaksiaalinen kasvu piisubstraatilla Galliumarsenidin epitaksiaalinen kasvu piisubstraatilla

Käyttökohteet Puolijohdelaiterakenteet, jotka vaativat eri seostusasteisia kerroksia tai puhtaita kalvoja vähemmän puhtaille substraateille Puolijohdelaiterakenteet, jotka vaativat kerroksia eri materiaaleista tai rakentavat kiteisiä kalvoja materiaaleista, joita ei voida saada yksittäiskiteiksi

Epitaksiaalisiin prosesseihin vaikuttavat tekijät puolijohteiden valmistuksessa

Tekijät Kuvaus

Lämpötila Vaikuttaa epitaksiaan ja epitaksikerroksen tiheyteen. Epitaksiprosessiin vaadittava lämpötila on korkeampi kuin huoneen lämpötila ja arvo riippuu epitaksian tyypistä.

Paine Vaikuttaa epitaksiaan ja epitaksikerroksen tiheyteen.

Viat Epitaksiavirheet johtavat viallisiin kiekoihin. Epitaksiprosessin edellyttämät fysikaaliset olosuhteet tulee säilyttää virheetöntä epitaksikerroksen kasvua varten.

Haluttu sijainti Epitaksiprosessin tulisi kasvaa kiteen oikeaan kohtaan. Alueet, joissa kasvua ei haluta prosessin aikana, tulee pinnoittaa kunnolla kasvun estämiseksi.

Itsedoppaus Koska epitaksiprosessi suoritetaan korkeissa lämpötiloissa, lisäaineatomit voivat saada aikaan muutoksia materiaalissa.

Tekijän kuvaus

Lämpötila Vaikuttaa epitaksiaan ja epitaksikerroksen tiheyteen. Epitaksiprosessiin vaadittava lämpötila on korkeampi kuin huoneenlämpötila, ja arvo riippuu epitaksian tyypistä.

Paine vaikuttaa epitaksiaan ja epitaksikerroksen tiheyteen.

Viat Epitaksiavirheet johtavat viallisiin kiekoihin. Epitaksiprosessin edellyttämät fyysiset olosuhteet tulee ylläpitää virheetöntä epitaksikerroksen kasvua varten.

Haluttu sijainti Epitaksiprosessin tulisi kasvaa kiteen oikeaan paikkaan. Alueet, joissa kasvua ei toivota tämän prosessin aikana, tulee pinnoittaa kunnolla kasvun estämiseksi.

Itsedoppaus Koska epitaksiprosessi suoritetaan korkeissa lämpötiloissa, lisäaineatomit voivat saada aikaan muutoksia materiaalissa.

Epitaksiaalinen tiheys ja nopeus

Epitaksiaalisen kasvun tiheys on atomien lukumäärä materiaalin tilavuusyksikköä kohti epitaksiaalisessa kasvukerroksessa. Sellaiset tekijät kuin lämpötila, paine ja puolijohdesubstraatin tyyppi vaikuttavat epitaksiaaliseen kasvuun. Yleensä epitaksiaalikerroksen tiheys vaihtelee yllä olevien tekijöiden mukaan. Nopeutta, jolla epitaksiaalinen kerros kasvaa, kutsutaan epitaksinopeudeksi.

Jos epitaksia kasvatetaan oikeassa paikassa ja suunnassa, kasvunopeus on korkea ja päinvastoin. Samoin kuin epitaksikerroksen tiheys, epitaksinopeus riippuu myös fysikaalisista tekijöistä, kuten lämpötilasta, paineesta ja substraattimateriaalin tyypistä.

Epitaksiaalinen nopeus kasvaa korkeissa lämpötiloissa ja alhaisissa paineissa. Epitaksinopeus riippuu myös substraatin rakenteen orientaatiosta, reagoivien aineiden pitoisuudesta ja käytetystä kasvutekniikasta.

Epitaksiprosessimenetelmät

On olemassa useita epitaksimenetelmiä:nestefaasiepitaksi (LPE), hybridi höyryfaasi epitaksi, kiinteä faasi epitaksi,atomikerroksen kerrostumista, kemiallinen höyrysaostus, molekyylisäteen epitaksiajne. Verrataan kahta epitaksiprosessia: CVD ja MBE.

Kemiallinen höyrypinnoitus (CVD) Molekyylisuihkuepitaksi (MBE)

Kemiallinen prosessi Fysikaalinen prosessi

Sisältää kemiallisen reaktion, joka tapahtuu, kun kaasun esiaste kohtaa kuumennetun substraatin kasvukammiossa tai reaktorissa. Saostettava materiaali kuumennetaan tyhjiöolosuhteissa

Kalvon kasvuprosessin tarkka ohjaus Kasvatun kerroksen paksuuden ja koostumuksen tarkka ohjaus

Sovelluksiin, jotka vaativat korkealaatuisia epitaksikerroksia Sovelluksiin, jotka vaativat erittäin hienoja epitaksikerroksia

Yleisin käytetty menetelmä Kalliimpi menetelmä

Kemiallinen prosessi Fysikaalinen prosessi

Sisältää kemiallisen reaktion, joka tapahtuu, kun kaasun esiaste kohtaa kuumennetun substraatin kasvukammiossa tai reaktorissa. Saostettava materiaali kuumennetaan tyhjiöolosuhteissa

Ohutkalvon kasvuprosessin tarkka ohjaus Kasvatun kerroksen paksuuden ja koostumuksen tarkka ohjaus

Käytetään sovelluksissa, jotka vaativat korkealaatuisia epitaksiaalikerroksia Käytetään sovelluksissa, jotka vaativat erittäin hienoja epitaksiaalikerroksia

Yleisin käytetty menetelmä Kalliimpi menetelmä

Epitaksiprosessi on kriittinen puolijohteiden valmistuksessa; se optimoi suorituskyvyn

puolijohdelaitteet ja integroidut piirit. Se on yksi puolijohdelaitteiden valmistuksen pääprosesseista, joka vaikuttaa laitteen laatuun, ominaisuuksiin ja sähköiseen suorituskykyyn.