Hva er den epitaksiale prosessen?

Oversikt over epitaksiale prosesser

Begrepet "epitaxy" stammer fra de greske ordene "epi," som betyr "på" og "drosjer", som betyr "bestilt", som indikerer den bestilte naturen til den krystallinske veksten. Epitaxy er en avgjørende prosess i halvlederproduksjon, og refererer til veksten av et tynt krystallinsk lag på et krystallinsk underlag. Epitaxy (EPI) -prosessen i halvlederproduksjonen tar sikte på å avsette et fint lag med enkeltkrystall, vanligvis rundt 0,5 til 20 mikron, på et enkelt krystallsubstrat. EPI -prosessen er et betydelig trinn i produksjon av halvlederenheter, spesielt isilisium waferfabrikasjon.

Epitaxy muliggjør avsetning av tynne filmer som er høyt ordnet og kan skreddersys for spesifikke elektroniske egenskaper. Denne prosessen er avgjørende for å lage høykvalitets halvlederenheter, for eksempel dioder, transistorer og integrerte kretsløp.

Typer epitaxy

I epitaksiprosessen bestemmes orienteringen av veksten av den underliggende basekrystallen.  Det kan være enten ett eller mange epitaxy -lag avhengig av repetisjon av avsetningen. Epitaxy -prosessen kan brukes for å danne et tynt lag med materiale som kan være det samme eller forskjellig fra det underliggende underlaget når det gjelder kjemisk sammensetning og struktur. Epitaxy kan klassifiseres i to primære kategorier basert på forholdet mellom underlaget og det epitaksiale laget:HomoepitaxyogHeteroepitaxy.

Deretter vil vi analysere forskjellene mellom homoepitaxy og heteroepitaxy fra fire dimensjoner: dyrket lag, krystallstruktur og gitter, eksempel og anvendelse:

● Homoepitaxy: Dette skjer når det epitaksiale laget er laget av samme materiale som underlaget.

✔ dyrket lag: Det epitaksialt dyrkede laget er av samme materiale som underlagslaget.

✔ Krystallstruktur og gitter: Krystallstrukturen og gitterkonstanten til underlaget og epitaksiallaget er de samme.

✔ Eksempel: Epitaksial vekst av svært rent silisium over substrat silisium.

✔ Søknad: Konstruksjon av halvlederenheter der lag med forskjellige dopingnivåer er påkrevd eller rene filmer på underlag som er mindre rene.

● Heteroepitaxy: Dette involverer forskjellige materialer som brukes til laget og underlaget, for eksempel dyrking av aluminiums galliumarsenid (algaaer) på galliumarsenid (GAA). Vellykket heteroepitaxy krever lignende krystallstrukturer mellom de to materialene for å minimere defekter.

✔ dyrket lag: Det epitaksialt dyrkede laget er av et annet materiale enn underlagslaget.

✔ Krystallstruktur og gitter: Krystallstrukturen og gitterkonstanten til underlaget og epitaksiallaget er forskjellige.

✔ Eksempel: Epitaksialt voksende galliumarsenid på et silisiumsubstrat.

✔ Søknad: Konstruksjon av halvlederenheter der lag med forskjellige materialer er nødvendig eller for å bygge en krystallinsk film av et materiale som ikke er tilgjengelig som en enkelt krystall.

Faktorer som påvirker EPI -prosessen i halvlederproduksjon:

✔ Temperatur: Påvirker epitaksihastigheten og dens epitaksiale lagtetthet. Temperaturen som kreves for epitaksiprosessen er høyere enn romtemperatur, og verdien avhenger av typen epitaksi.

✔ Trykk: Påvirker epitaksihastigheten og dens epitaksiale lagtetthet.

✔ Feil: Defekter i epitaxy fører til defekte skiver. De fysiske forholdene som kreves for EPI-prosessen, bør opprettholdes for ikke-defekt epitaksial lagvekst.

✔ Ønsket posisjon: Den epitaksiale veksten skal være i riktige posisjoner på krystallen. Regionene som bør utelukkes fra den epitaksiale prosessen, bør filmeres riktig for å forhindre vekst.

✔ Autodoping: Når epitaksiprosessen er utført ved høye temperaturer, kan dopingmiddelatomer være i stand til å bringe variasjoner i materialet.

Epitaksiale vekstteknikker

Det er flere metoder for å utføre epitaxy -prosessen: væskefase epitaxy, hybrid dampfase epitaxy, fast fase epitaxy, atomlagsavsetning, kjemisk dampavsetning, molekylstråle epitaxy, etc. La oss sammenligne de to epitaxy -prosessene: CVD og MBE.

Epitaksiale vekstmodus

Epitaxy vekstmodus: Epitaksial vekst kan oppstå gjennom forskjellige modus, som påvirker hvordan lag dannes:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): Preget av tredimensjonal øyvekst der kjernefysning oppstår før kontinuerlig filmdannelse.

✔ (b)Frank-Van Der Merwe (FM): Involverer vekst fra lag-for-lag, og fremmer ensartet tykkelse.

✔ (c) The Side-Krastans (SK): En kombinasjon av VW og FM, som starter med lagvekst som overgår til øydannelse etter en kritisk tykkelse er nådd.

Epitaxy Growtys betydning i halvlederproduksjon

Epitaxy er viktig for å styrke de elektriske egenskapene til halvlederskiver. Evnen til å kontrollere dopingprofiler og oppnå spesifikke materialegenskaper gjør epitaxy uunnværlig i moderne elektronikk.

Videre er epitaksiale prosesser stadig viktigere når det gjelder å utvikle sensorer med høy ytelse og kraftelektronikk, noe som gjenspeiler løpende fremskritt innen halvlederteknologi. Presisjonen som kreves for å kontrollere parametere som for eksempeltemperatur, trykk og gasstrømningshastighetUnder epitaksial vekst er det kritisk for å oppnå krystallinske lag av høy kvalitet med minimale defekter.