Silisium(Si)-epitaksiprepareringsteknologi

Silisium(Si)-epitaksiforberedelsesteknologi

Hva er epitaksial vekst?

· Enkeltkrystallmaterialer alene kan ikke dekke behovene til den voksende produksjonen av ulike halvlederenheter. På slutten av 1959 ble et tynt lag avenkeltkrystallMateriell vekstteknologi - Epitaksial vekst ble utviklet.

Epitaksial vekst er å dyrke et lag med materiale som oppfyller kravene på et enkelt krystallsubstrat som er blitt nøye behandlet ved å kutte, slipe og polere under visse forhold. Siden det dyrkede enkeltproduktlaget er en forlengelse av underlagsgitteret, kalles det dyrkede materiallaget et epitaksialt lag.

Klassifisering av egenskapene til det epitaksiale laget

·Homogen epitaksi:epitaksialt lager det samme som underlagsmaterialet, som opprettholder konsistensen av materialet og hjelper til med å oppnå produktstruktur av høy kvalitet og elektriske egenskaper.

·Heterogen epitaxy:epitaksialt lager forskjellig fra underlagsmaterialet. Ved å velge et passende underlag, kan vekstbetingelsene optimaliseres og applikasjonsområdet for materialet kan utvides, men utfordringene som er brakt av gittermatch og termiske ekspansjonsforskjeller, må overvinnes.

Klassifisering etter enhetsposisjon

Positiv epitaksi: refererer til dannelsen av et epitaksielt lag på substratmaterialet under krystallvekst, og enheten er laget på epitaksiallaget.

Omvendt epitaxy: I motsetning til positiv epitaxy, produseres enheten direkte på underlaget, mens det epitaksiale laget dannes på enhetsstrukturen.

Applikasjonsforskjeller: Anvendelsen av de to i halvlederproduksjon avhenger av nødvendige materialegenskaper og krav til enhetsdesign, og hver er egnet for forskjellige prosessflyter og tekniske krav.

Klassifisering etter epitaksial vekstmetode

· Direkte epitaksi er en metode for å bruke oppvarming, elektronbombardement eller eksternt elektrisk felt for å få de voksende materialatomene til å få nok energi, og direkte migrere og avsettes på substratoverflaten for å fullføre epitaksial vekst, slik som vakuumavsetning, sputtering, sublimering, etc. Denne metoden har imidlertid strenge krav til utstyr. Resistiviteten og tykkelsen på filmen har dårlig repeterbarhet, så den har ikke blitt brukt i silisiumepitaksial produksjon.

· Indirekte epitaksi er bruken av kjemiske reaksjoner på avsetning og dyrker epitaksiale lag på underlagsoverflaten, som bredt kalles kjemisk dampavsetning (CVD). Den tynne filmen som er dyrket av CVD er imidlertid ikke nødvendigvis et enkelt produkt. Derfor, strengt tatt, er bare CVD som vokser en enkelt film epitaksial vekst. Denne metoden har enkelt utstyr, og de forskjellige parametrene for det epitaksiale laget er lettere å kontrollere og har god repeterbarhet. For tiden bruker silisium epitaksial vekst hovedsakelig denne metoden.

Andre kategorier

·I henhold til metoden for å transportere atomer av epitaksiale materialer til substratet, kan det deles inn i vakuumepitaksi, gassfaseepitaksi, væskefaseepitaksi (LPE), etc.

·I henhold til faseendringsprosessen kan epitaksi deles inn iGassfase epitaxy, flytende fase epitaxy, ogSolid fase epitaxy.

Problemer løst ved epitaksial prosess

·Da silisium epitaksial vekstteknologi begynte, var det tiden da silisium høyfrekvente og høyeffekt transistorproduksjon møtte vanskeligheter. Fra transistorprinsippets perspektiv, for å oppnå høy frekvens og høy effekt, må kollektorens sammenbruddsspenning være høy og seriemotstanden må være liten, det vil si at metningsspenningsfallet må være lite. Førstnevnte krever at resistiviteten til kollektorarealmaterialet er høy, mens sistnevnte krever at resistiviteten til kollektorarealmaterialet er lav, og de to er motstridende. Hvis seriemotstanden reduseres ved å tynne ut tykkelsen på materialet i oppsamlerområdet, vil silisiumplaten være for tynn og skjør til å kunne behandles. Hvis resistiviteten til materialet reduseres, vil det være i strid med det første kravet. Epitaksial teknologi har løst denne vanskeligheten.

Løsning:

· Dyr et epitaksialt lag med høy resistivitet på et underlag med ekstremt lav resistivitet, og produserer enheten på det epitaksiale laget. Det epitaksiale laget med høy resistivitet sikrer at røret har en høy nedbrytningsspenning, mens underlaget med lav motstand reduserer motstanden til underlaget og metningsspenningen, og løser dermed motsetningen mellom de to.

I tillegg har epitaksiale teknologier som dampfaseepitaksi, væskefaseepitaksi, molekylstråleepitaksi og metallorganisk forbindelse dampfaseepitaksi av 1-V-familien, 1-V-familien og andre sammensatte halvledermaterialer som GaAs også blitt sterkt utviklet. og har blitt uunnværlige prosessteknologier for produksjon av de fleste mikrobølgeovner ogoptoelektroniske enheter.

Spesielt vellykket anvendelse av molekylær stråle ogmetall organisk dampFaseepitaxy i ultratynne lag, superlattices, kvantebrønner, anstrengte superlattices og atomisk nivå tynn lag epitaxy har lagt grunnlaget for utviklingen av et nytt felt av halvlederforskning, "Band Engineering".

Kjennetegn på epitaksial vekst

(1) Høye (lave) motstandsepitaksiale lag kan dyrkes epitaksialt på lave (høye) motstandssubstrater.

(2) N (P) epitaksiale lag kan dyrkes på P (n) underlag for å direkte danne PN -kryss. Det er ikke noe kompensasjonsproblem når du lager PN -kryss på enkeltsubstrater ved diffusjon.

(3) Kombinert med masketeknologi kan selektiv epitaksial vekst utføres i bestemte områder, og skaper forhold for produksjon av integrerte kretsløp og enheter med spesielle strukturer.

(4) Type og konsentrasjon av doping kan endres etter behov under epitaksial vekst. Konsentrasjonsendringen kan være brå eller gradvis.

(5) Ultratynne lag av heterogene, flerlags, flerkomponentforbindelser med variable komponenter kan dyrkes.

(6) Epitaksial vekst kan utføres ved en temperatur under materialets smeltepunkt. Veksthastigheten er kontrollerbar, og epitaksial vekst i atomskalatykkelse kan oppnås.

Krav til epitaksial vekst

(1) Overflaten skal være flat og lys, uten overflatedefekter som lyse flekker, groper, tåkeflekker og glidelinjer

(2) God krystallintegritet, lav dislokasjon og stablingsfeiltetthet. Tilsilisiumepitaksi, skal dislokasjonstettheten være mindre enn 1000/cm2, stablingsfeiltettheten bør være mindre enn 10/cm2, og overflaten skal forbli lys etter å ha blitt korrodert av kromsyreetseløsning.

(3) Bakgrunnskonsentrasjonen av urenheter i epitaksiallaget bør være lav og mindre kompensasjon bør være nødvendig. Råstoffrenheten skal være høy, systemet skal være godt forseglet, miljøet skal være rent, og operasjonen bør være streng for å unngå innlemmelse av fremmede urenheter i epitaksiallaget.

(4) For heterogen epitaksi bør sammensetningen av epitaksiallaget og substratet endres plutselig (bortsett fra kravet om langsom sammensetningsendring) og den gjensidige diffusjonen av sammensetningen mellom epitaksiallaget og substratet bør minimeres.

(5) Dopingkonsentrasjonen skal kontrolleres strengt og jevnt fordelt slik at det epitaksiale laget har en jevn resistivitet som oppfyller kravene. Det kreves at motstanden tilEpitaksiale skiverDyrket i forskjellige ovner i samme ovn skal være konsekvent.

(6) Tykkelsen på epitaksiallaget skal oppfylle kravene, med god ensartethet og repeterbarhet.

(7) Etter epitaksial vekst på et underlag med et nedgravd lag, er det nedgravde lagmønsterforvrengningen veldig liten.

(8) Diameteren på epitaksialplaten bør være så stor som mulig for å lette masseproduksjon av enheter og redusere kostnadene.

(9) Den termiske stabiliteten tilsammensatt halvleder epitaksiale lagog heterojunction epitaksy er bra.