Silicon(Si) epitaxiberedningsteknik

Kisel (Si) epitaxiberedningsteknik

Vad är epitaxiell tillväxt?

·Enkristallmaterial ensamt kan inte möta behoven hos den växande produktionen av olika halvledarenheter. I slutet av 1959, ett tunt lager avenkristallmaterialtillväxtteknologi - epitaxiell tillväxt utvecklades.

Epitaxiell tillväxt är att odla ett lager av material som uppfyller kraven på ett enkristallsubstrat som har bearbetats noggrant genom skärning, slipning och polering under vissa förhållanden. Eftersom det odlade enda produktskiktet är en förlängning av substratgittret, kallas det odlade materialskiktet ett epitaxiellt skikt.

Klassificering efter egenskaperna hos det epitaxiella lagret

·Homogen epitaxi: Denepitaxiellt skiktär detsamma som substratmaterialet, vilket bibehåller materialets konsistens och hjälper till att uppnå högkvalitativ produktstruktur och elektriska egenskaper.

·Heterogen epitaxi: Denepitaxiellt skiktskiljer sig från substratmaterialet. Genom att välja ett lämpligt substrat kan tillväxtförhållandena optimeras och materialets användningsområde kan utökas, men utmaningarna med gallermissanpassning och termiska expansionsskillnader måste övervinnas.

Klassificering efter enhetsposition

Positiv epitaxi: hänvisar till bildandet av ett epitaxiellt skikt på substratmaterialet under kristalltillväxt, och anordningen är gjord på det epitaxiella skiktet.

Omvänd epitaxi: I motsats till positiv epitaxi tillverkas enheten direkt på substratet, medan det epitaxiella lagret bildas på enhetens struktur.

Applikationsskillnader: Tillämpningen av de två inom halvledartillverkning beror på de erforderliga materialegenskaperna och kraven på enhetsdesign, och var och en är lämplig för olika processflöden och tekniska krav.

Klassificering genom epitaxiell tillväxtmetod

· Direkt epitaxi är en metod för att använda uppvärmning, elektronbombardement eller externt elektriskt fält för att få de växande materialatomerna att få tillräckligt med energi och direkt migrera och avsätta på substratytan för att fullborda epitaxiell tillväxt, såsom vakuumavsättning, sputtering, sublimering, etc. Denna metod har dock strikta krav på utrustning. Filmens resistivitet och tjocklek har dålig repeterbarhet, så den har inte använts i kiselepitaxialproduktion.

· Indirekt epitaxi är användningen av kemiska reaktioner för att avsätta och växa epitaxiella skikt på substratets yta, vilket i stora drag kallas kemisk ångdeposition (CVD). Den tunna filmen som odlas av CVD är dock inte nödvändigtvis en enda produkt. Därför är det strängt taget endast CVD som växer en enda film som är epitaxiell tillväxt. Denna metod har enkel utrustning och de olika parametrarna i det epitaxiella lagret är lättare att kontrollera och har god repeterbarhet. För närvarande använder kiselepitaxial tillväxt huvudsakligen denna metod.

Andra kategorier

· Enligt metoden för att transportera atomer av epitaxiella material till substratet kan det delas in i vakuumepitaxi, gasfasepitaxi, vätskefasepitaxi (LPE), etc.

· Enligt fasändringsprocessen kan epitaxi delas in igasfas epitaxi, vätskefas epitaxi, ochfastfas epitaxi.

Problem lösta genom epitaxial process

·När teknologin för kiselepitaxiell tillväxt började, var det den tid då tillverkning av högfrekventa och kraftfulla transistorer av kisel stötte på svårigheter. Ur transistorprincipens perspektiv, för att få hög frekvens och hög effekt, måste kollektorns nedbrytningsspänning vara hög och serieresistansen måste vara liten, det vill säga mättnadsspänningsfallet måste vara litet. Den förra kräver att resistiviteten hos kollektorareamaterialet är hög, medan den senare kräver att resistiviteten hos kollektorareamaterialet är låg, och de två är motsägelsefulla. Om serieresistansen minskas genom att tjockleken på uppsamlarområdets material förtunnas, blir kiselskivan för tunn och ömtålig för att kunna bearbetas. Om materialets resistivitet reduceras kommer det att motsäga det första kravet. Epitaxialteknologi har framgångsrikt löst denna svårighet.

Lösning:

· Odla ett epitaxiellt skikt med hög resistivitet på ett substrat med extremt låg resistivitet, och tillverka enheten på det epitaxiella skiktet. Det epitaxiella skiktet med hög resistivitet säkerställer att röret har en hög genombrottsspänning, medan substratet med låg resistivitet minskar substratets resistans och mättnadsspänningsfallet, vilket löser motsättningen mellan de två.

Dessutom har epitaxitekniker såsom ångfasepitaxi, vätskefasepitaxi, molekylstråleepitaxi och metallorganisk ångfasepitaxi av 1-V-familjen, 1-V-familjen och andra sammansatta halvledarmaterial såsom GaAs också utvecklats kraftigt och har blivit oumbärliga processteknologier för tillverkning av de flesta mikrovågs- ​​ochoptoelektroniska enheter.

I synnerhet den framgångsrika tillämpningen av molekylär stråle ochmetall organisk ångafasepitaxi i ultratunna skikt, supergitter, kvantbrunnar, spända supergitter och tunna skiktepitaxi på atomnivå har lagt grunden för utvecklingen av ett nytt område av halvledarforskning, "bandteknik".

Egenskaper för epitaxiell tillväxt

(1) Epitaxiella skikt med hög (låg) resistans kan odlas epitaxiellt på substrat med låg (hög) resistans.

(2) N(P)-epitaxialskikt kan odlas på P(N)-substrat för att direkt bilda PN-övergångar. Det finns inga kompensationsproblem när man gör PN-övergångar på enstaka substrat genom diffusion.

(3) Kombinerat med maskteknik kan selektiv epitaxiell tillväxt utföras i angivna områden, vilket skapar förutsättningar för produktion av integrerade kretsar och enheter med speciella strukturer.

(4) Typen och koncentrationen av dopning kan ändras efter behov under epitaxiell tillväxt. Koncentrationsförändringen kan vara abrupt eller gradvis.

(5) Ultratunna skikt av heterogena, flerskiktiga, multikomponentföreningar med variabla komponenter kan odlas.

(6) Epitaxiell tillväxt kan utföras vid en temperatur under materialets smältpunkt. Tillväxthastigheten är kontrollerbar och epitaxiell tillväxt med tjocklek i atomskala kan uppnås.

Krav på epitaxiell tillväxt

(1) Ytan ska vara plan och ljus, utan ytdefekter som ljusa fläckar, gropar, dimmfläckar och glidlinjer

(2) Bra kristallintegritet, låg dislokation och staplingsfeldensitet. Förkiselepitaxi, dislokationstätheten bör vara mindre än 1000/cm2, staplingsfeldensiteten bör vara mindre än 10/cm2, och ytan bör förbli ljus efter att ha korroderats av kromsyraetsningslösning.

(3) Bakgrundskoncentrationen av föroreningar i det epitaxiella lagret bör vara låg och mindre kompensation bör krävas. Råmaterialets renhet bör vara hög, systemet bör vara väl förseglat, miljön bör vara ren och operationen bör vara strikt för att undvika inkorporering av främmande föroreningar i epitaxialskiktet.

(4) För heterogen epitaxi bör sammansättningen av epitaxialskiktet och substratet ändras plötsligt (förutom kravet på långsam sammansättningsförändring) och den ömsesidiga diffusionen av sammansättningen mellan epitaxialskiktet och substratet bör minimeras.

(5) Dopningskoncentrationen bör vara strikt kontrollerad och jämnt fördelad så att det epitaxiella lagret har en enhetlig resistivitet som uppfyller kraven. Det krävs att resistiviteten hosepitaxiella wafersodlas i olika ugnar i samma ugn bör vara konsekventa.

(6) Tjockleken på det epitaxiella lagret bör uppfylla kraven, med god enhetlighet och repeterbarhet.

(7) Efter epitaxiell tillväxt på ett substrat med ett nedgrävt lager är förvrängningen av det nedgrävda lagret mycket liten.

(8) Diametern på den epitaxiella skivan bör vara så stor som möjligt för att underlätta massproduktion av enheter och minska kostnaderna.

(9) Den termiska stabiliteten hossammansatta epitaxiella halvledarskiktoch heterojunction epitaxi är bra.