Silicon(Si)-epitaksikäsittelytekniikka

Silicon (Si) epitaksivalmistustekniikka

Mikä on epitaksiaalinen kasvu?

·Yksikidemateriaalit eivät yksinään pysty täyttämään erilaisten puolijohdelaitteiden kasvavan tuotannon tarpeita. Vuoden 1959 lopussa ohut kerrosyksi kristallimateriaalin kasvuteknologia - kehitettiin epitaksiaalinen kasvu.

Epitaksiaalinen kasvu tarkoittaa vaatimukset täyttävän materiaalikerroksen kasvattamista yksikidealustalle, joka on huolellisesti käsitelty leikkaamalla, hiomalla ja kiillottamalla tietyissä olosuhteissa. Koska kasvatettu yksittäinen tuotekerros on substraattihilan jatke, kasvatettua materiaalikerrosta kutsutaan epitaksiaaliseksi kerrokseksi.

Luokittelu epitaksiaalikerroksen ominaisuuksien mukaan

·Homogeeninen epitaksi:epitaksiaalinen kerroson sama kuin alustamateriaali, joka säilyttää materiaalin koostumuksen ja auttaa saavuttamaan korkealaatuisen tuotteen rakenteen ja sähköiset ominaisuudet.

·Heterogeeninen epitaksi:epitaksiaalinen kerroseroaa alustamateriaalista. Sopivan alustan valinnalla kasvuolosuhteet voidaan optimoida ja materiaalin käyttöaluetta laajentaa, mutta hila-epäsopivuuden ja lämpölaajenemiserojen tuomat haasteet on voitettava.

Luokittelu laitteen sijainnin mukaan

Positiivinen epitaksi: viittaa epitaksiaalisen kerroksen muodostumiseen substraattimateriaaliin kiteen kasvun aikana, ja laite valmistetaan epitaksiaaliselle kerrokselle.

Käänteinen epitaksia: Toisin kuin positiivinen epitaksia, laite valmistetaan suoraan substraatille, kun taas epitaksiaalinen kerros muodostetaan laitteen rakenteeseen.

Sovelluserot: Näiden kahden käyttö puolijohteiden valmistuksessa riippuu vaadituista materiaaliominaisuuksista ja laitesuunnitteluvaatimuksista, ja kumpikin soveltuu erilaisiin prosessivirtoihin ja teknisiin vaatimuksiin.

Luokittelu epitaksiaalisella kasvumenetelmällä

· Suora epitaksi on menetelmä, jossa käytetään lämmitystä, elektronipommitusta tai ulkoista sähkökenttää, jotta kasvavan materiaalin atomit saavat riittävästi energiaa ja siirtyvät suoraan ja kerrostuvat substraatin pinnalle epitaksisen kasvun loppuunsaattamiseksi, kuten tyhjiöpinnoitus, sputterointi, sublimaatio jne. Tällä menetelmällä on kuitenkin tiukat vaatimukset laitteille. Kalvon resistiivisyys ja paksuus ovat huonosti toistettavissa, joten sitä ei ole käytetty piin epitaksiaalisessa tuotannossa.

· Epäsuora epitaksi on kemiallisten reaktioiden käyttöä epitaksiaalisten kerrosten kerrostamiseksi ja kasvattamiseksi substraatin pinnalle, jota kutsutaan yleisesti kemialliseksi höyrysaostukseksi (CVD). CVD:llä kasvatettu ohutkalvo ei kuitenkaan välttämättä ole yksittäinen tuote. Siksi tarkalleen ottaen vain CVD, joka kasvattaa yhden kalvon, on epitaksiaalista kasvua. Tällä menetelmällä on yksinkertainen laitteisto, ja epitaksiaalikerroksen eri parametrit ovat helpompia hallita ja niillä on hyvä toistettavuus. Tällä hetkellä piin epitaksiaalinen kasvu käyttää pääasiassa tätä menetelmää.

Muut luokat

· Epitaksisten materiaalien atomien substraattiin kuljettamismenetelmän mukaan se voidaan jakaa tyhjiöepitaksiaan, kaasufaasiepitaksiaan, nestefaasiepitaksiaan (LPE) jne.

·Faasimuutosprosessin mukaan epitaksia voidaan jakaakaasufaasi epitaksi, nestefaasi epitaksia, jakiinteäfaasinen epitaksi.

Ongelmat ratkaistaan ​​epitaksiaalisella prosessilla

·Kun piin epitaksiaalinen kasvuteknologia alkoi, piti korkeataajuisten ja suuritehoisten transistorien valmistus kohtasi vaikeuksia. Transistoriperiaatteen näkökulmasta korkean taajuuden ja suuren tehon saavuttamiseksi kollektorin läpilyöntijännitteen on oltava korkea ja sarjaresistanssin on oltava pieni, eli kyllästysjännitehäviön on oltava pieni. Edellinen edellyttää, että kollektorialueen materiaalin resistanssi on korkea, kun taas jälkimmäinen vaatii kollektorialueen materiaalin resistiivisyyden olevan pieni, ja nämä kaksi ovat ristiriidassa keskenään. Jos sarjavastusta pienennetään ohentamalla keruualueen materiaalin paksuutta, piikiekko on liian ohut ja hauras käsiteltäväksi. Jos materiaalin ominaisvastusta pienennetään, se on ristiriidassa ensimmäisen vaatimuksen kanssa. Epitaksitekniikka on onnistuneesti ratkaissut tämän ongelman.

Ratkaisu:

· Kasvata korkearesistanssinen epitaksiaalinen kerros alustalle, jolla on erittäin pieni ominaisvastus, ja valmista laite epitaksiaaliselle kerrokselle. Suuriresistanssinen epitaksiaalinen kerros varmistaa, että putkessa on korkea läpilyöntijännite, kun taas pieniresistanssinen substraatti vähentää substraatin resistanssia ja kyllästysjännitteen pudotusta, mikä ratkaisee näiden kahden välisen ristiriidan.

Lisäksi 1-V-perheen, 1-V-perheen ja muiden yhdistepuolijohdemateriaalien, kuten GaA:iden, epitaksiaalisia tekniikoita, kuten höyryfaasiepitaksia, nestefaasiepitaksia, molekyylisädeepitaksia ja metalliorgaanisten yhdisteiden höyryfaasiepitaksia, on myös kehitetty suuresti. ja niistä on tullut korvaamattomia prosessiteknologioita useimpien mikroaaltouunien valmistukseenoptoelektroniset laitteet.

Erityisesti molekyylisäteen onnistunut soveltaminen jametalli orgaaninen höyryvaiheepitaksia ultraohuissa kerroksissa, superhiloissa, kvanttikuivoissa, jännittyneissä superhiloissa ja atomitason ohutkerrosepitaksi on luonut perustan uuden puolijohdetutkimuksen alan, "kaistasuunnittelun" kehitykselle.

Epitaksiaalisen kasvun ominaisuudet

(1) Korkean (pienen) resistanssin epitaksikerroksia voidaan kasvattaa epitaksiaalisesti matalan (korkean) resistanssin substraateilla.

(2) N(P)-epitaksiaalikerroksia voidaan kasvattaa P(N)-substraateilla muodostamaan suoraan PN-liitoksia. Kompensointiongelmaa ei ole, kun tehdään PN-liitoksia yksittäisille substraateille diffuusiolla.

(3) Yhdessä maskitekniikan kanssa selektiivinen epitaksiaalinen kasvu voidaan suorittaa määrätyillä alueilla, mikä luo edellytykset integroitujen piirien ja erityisrakenteisten laitteiden tuotannolle.

(4) Dopingin tyyppiä ja pitoisuutta voidaan muuttaa tarpeen mukaan epitaksiaalisen kasvun aikana. Keskittymismuutos voi olla äkillistä tai asteittaista.

(5) Voidaan kasvattaa erittäin ohuita kerroksia heterogeenisiä, monikerroksisia, monikomponenttisia yhdisteitä, joissa on vaihtelevia komponentteja.

(6) Epitaksiaalinen kasvu voidaan suorittaa materiaalin sulamispisteen alapuolella olevassa lämpötilassa. Kasvunopeus on hallittavissa, ja atomimittakaavan paksuuden epitaksiaalinen kasvu voidaan saavuttaa.

Epitaksiaalisen kasvun vaatimukset

(1) Pinnan tulee olla tasainen ja kirkas, ilman pintavikoja, kuten kirkkaita pisteitä, kuoppia, sumutahroja ja liukastumisviivoja

(2) Hyvä kiteen eheys, alhainen dislokaatio ja pinoamisvian tiheys. vartensilikoni epitaksi, dislokaatiotiheyden tulee olla alle 1000/cm2, pinoamisvirhetiheyden tulee olla alle 10/cm2 ja pinnan tulee pysyä kirkkaana kromihappoetsausliuoksen syöpymisen jälkeen.

(3) Epitaksiaalikerroksen taustaepäpuhtauspitoisuuden tulisi olla alhainen ja kompensaatiota tulisi vaatia vähemmän. Raaka-aineen puhtauden tulee olla korkea, järjestelmän tulee olla hyvin tiivis, ympäristön tulee olla puhdas ja toiminnan tulee olla tiukkaa, jotta vältetään vieraiden epäpuhtauksien joutuminen epitaksiaaliseen kerrokseen.

(4) Heterogeenisessä epitaksissa epitaksiaalikerroksen ja alustan koostumuksen tulisi muuttua äkillisesti (lukuun ottamatta vaatimusta hitaasta koostumuksen muutoksesta) ja koostumuksen keskinäinen diffuusio epitaksiaalikerroksen ja substraatin välillä tulisi minimoida.

(5) Seostuspitoisuutta tulee valvoa tiukasti ja jakaa tasaisesti niin, että epitaksiaalisella kerroksella on tasainen resistiivisyys, joka täyttää vaatimukset. Vaaditaan, että resistanssi onepitaksiaaliset kiekotsamassa uunissa eri uuneissa kasvatettujen tuotteiden tulee olla johdonmukaisia.

(6) Epitaksiaalikerroksen paksuuden tulisi täyttää vaatimukset, ja sen tasaisuus ja toistettavuus on hyvä.

(7) Kun on kasvatettu epitaksiaalista kasvua substraatilla, jossa on upotettu kerros, upotetun kerroksen kuvion vääristymä on hyvin pieni.

(8) Epitaksiaalisen kiekon halkaisijan olisi oltava mahdollisimman suuri laitteiden massatuotannon helpottamiseksi ja kustannusten alentamiseksi.

(9) Lämpöstabiilisuusyhdistepuolijohdeepitaksiaaliset kerroksetja heterojunktion epitaksi on hyvä.