Hva er halvlederepitaksiprosess?

Det er ideelt å bygge integrerte kretser eller halvlederenheter på et perfekt krystallinsk basislag. Deepitaksi(epi) prosess i halvlederproduksjon tar sikte på å avsette et fint enkeltkrystallinsk lag, vanligvis omtrent 0,5 til 20 mikron, på et enkeltkrystallinsk substrat. Epitaksiprosessen er et viktig trinn i produksjonen av halvlederenheter, spesielt ved produksjon av silisiumwafer.

Epitaksi (epi) prosess i halvlederproduksjon

Oversikt over epitaksi i halvlederproduksjon

Hva er det. Epitaksi (epi) prosessen i halvlederproduksjon tillater vekst av et tynt krystallinsk lag i en gitt orientering på toppen av et krystallinsk substrat.

Mål I halvlederproduksjon er målet med epitaksiprosessen å få elektronene til å transportere mer effektivt gjennom enheten. I konstruksjonen av halvlederenheter inngår epitaksiske lag for å foredle og gjøre strukturen enhetlig.

Behandleepitaksiprosessen tillater vekst av epitaksiale lag med høyere renhet på et underlag av samme materiale. I noen halvledermaterialer, for eksempel bipolare heterojunction-transistorer (HBT) eller metalloksidhalvlederfelteffekttransistorer (MOSFETs), brukes epitaksiprosessen til å dyrke et lag med materiale som er forskjellig fra underlaget. Det er epitaksiprosessen som gjør det mulig å dyrke et dopet lag med lav tetthet på et lag med høyt dopet materiale.

Oversikt over epitaksiprosess i halvlederproduksjon

Hva det er Epitaksien (epi)-prosessen i halvlederproduksjon tillater vekst av et tynt krystallinsk lag i en gitt orientering på toppen av et krystallinsk substrat.

Målet med halvlederproduksjon, målet med epitaksiprosessen er å gjøre elektronene transportert gjennom enheten mer effektivt. I konstruksjonen av halvlederenheter inngår epitaksiske lag for å foredle og gjøre strukturen enhetlig.

Epitaksiprosessen tillater vekst av epitaksiale lag med høyere renhet på et underlag av samme materiale. I noen halvledermaterialer, for eksempel bipolare heterojunction-transistorer (HBT) eller metalloksidhalvlederfelteffekttransistorer (MOSFETs), brukes epitaksiprosessen til å dyrke et lag med materiale som er forskjellig fra underlaget. Det er epitaksiprosessen som gjør det mulig å dyrke et dopet lag med lav tetthet på et lag med høyt dopet materiale.

Typer epitaksiale prosesser i halvlederproduksjon

I den epitaksiale prosessen bestemmes vekstretningen av den underliggende substratkrystallen. Avhengig av gjentakelsen av avsetningen kan det være ett eller flere epitaksiale lag. Epitaksiale prosesser kan brukes til å danne tynne lag av materiale som er like eller forskjellig i kjemisk sammensetning og struktur fra det underliggende substratet.

To typer Epi-prosesser

KjennetegnHomoepitaxy Heteroepitaksi

Vekstlag Det epitaksiale vekstlaget er det samme materialet som substratlaget Det epitaksiale vekstlaget er et annet materiale enn substratlaget

Krystallstruktur og gitter Krystallstrukturen og gitterkonstanten til substratet og epitaksiallaget er de samme Krystallstrukturen og gitterkonstanten til substratet og epitaksiallaget er forskjellige

Eksempler Epitaksial vekst av høyrent silisium på silisiumsubstrat Epitaksial vekst av galliumarsenid på silisiumsubstrat

Bruksområder Halvlederenhetsstrukturer som krever lag med forskjellige dopingnivåer eller rene filmer på mindre rene substrater Halvlederenhetsstrukturer som krever lag av forskjellige materialer eller bygger krystallinske filmer av materialer som ikke kan oppnås som enkeltkrystaller

To typer epi-prosesser

Kjennetegn Homoepitaxy Heteroepitaksi

Vekstlag Det epitaksiale vekstlaget er det samme materialet som substratlaget Det epitaksiale vekstlaget er et annet materiale enn substratlaget

Krystallstruktur og gitter Krystallstrukturen og gitterkonstanten til substratet og epitaksiallaget er de samme Krystallstrukturen og gitterkonstanten til substratet og epitaksiallaget er forskjellige

Eksempler Epitaksial vekst av høyrent silisium på silisiumsubstrat Epitaksial vekst av galliumarsenid på silisiumsubstrat

Bruksområder Halvlederenhetsstrukturer som krever lag med forskjellige dopingnivåer eller rene filmer på mindre rene underlag Halvlederenhetsstrukturer som krever lag av forskjellige materialer eller bygger krystallinske filmer av materialer som ikke kan oppnås som enkeltkrystaller

Faktorer som påvirker epitaksiale prosesser i halvlederproduksjon

Faktorer Beskrivelse

Temperatur Påvirker epitaksiumhastigheten og epitaksiallagets tetthet. Temperaturen som kreves for epitaksiprosessen er høyere enn romtemperatur og verdien avhenger av typen epitaksi.

Trykk Påvirker epitaksiumhastigheten og epitaksiallagets tetthet.

Defekter Defekter i epitaksi fører til defekte wafere. De fysiske forholdene som kreves for epitaksiprosessen bør opprettholdes for defektfri epitaksiallagsvekst.

Ønsket posisjon Epitaksiprosessen bør vokse på riktig plassering av krystallen. Områdene der vekst ikke er ønsket under prosessen, bør være riktig belagt for å forhindre vekst.

Selvdoping Siden epitaksiprosessen utføres ved høye temperaturer, kan dopingatomer være i stand til å forårsake endringer i materialet.

Faktorbeskrivelse

Temperatur Påvirker epitaksialiteten og tettheten til epitaksiallaget. Temperaturen som kreves for den epitaksiale prosessen er høyere enn romtemperatur, og verdien avhenger av typen epitaksi.

Trykk påvirker epitaksialiteten og epitaksiallagets tetthet.

Defekter Defekter i epitaksi fører til defekte wafere. Fysiske forhold som kreves for epitaksiprosessen bør opprettholdes for defektfri epitaksiallagsvekst.

Ønsket plassering Epitaksiprosessen bør vokse på riktig plassering av krystallen. Områder der vekst ikke er ønsket under denne prosessen bør belegges riktig for å forhindre vekst.

Selvdoping Siden epitaksiprosessen utføres ved høye temperaturer, kan dopingatomer være i stand til å forårsake endringer i materialet.

Epitaksial tetthet og rate

Tettheten av epitaksial vekst er antall atomer per volumenhet materiale i det epitaksiale vekstlaget. Faktorer som temperatur, trykk og typen halvledersubstrat påvirker epitaksial vekst. Generelt varierer tettheten til det epitaksiale laget med faktorene ovenfor. Hastigheten som det epitaksiale laget vokser med kalles epitaksialiteten.

Hvis epitaksien dyrkes på riktig plassering og orientering, vil veksthastigheten være høy og omvendt. I likhet med den epitaksiale lagtettheten, avhenger epitaksihastigheten også av fysiske faktorer som temperatur, trykk og substratmaterialtype.

Epitaksial hastighet øker ved høye temperaturer og lave trykk. Epitaksihastigheten avhenger også av substratstrukturens orientering, konsentrasjonen av reaktantene og vekstteknikken som brukes.

Epitaksiske prosessmetoder

Det er flere epitaksimetoder:flytende fase epitaksi (LPE), hybrid dampfase epitaksi, fast fase epitaksi,atomlagsavsetning, kjemisk dampavsetning, molekylær stråleepitaksi, etc. La oss sammenligne to epitaksiske prosesser: CVD og MBE.

Kjemisk dampavsetning (CVD) Molekylær stråleepitaksi (MBE)

Kjemisk prosess Fysisk prosess

Innebærer en kjemisk reaksjon som oppstår når en gassforløper møter et oppvarmet substrat i et vekstkammer eller reaktor Materialet som skal avsettes varmes opp under vakuumforhold

Nøyaktig kontroll av filmvekstprosessen Nøyaktig kontroll av tykkelsen og sammensetningen av det voksende laget

For applikasjoner som krever epitaksiale lag av høy kvalitet For applikasjoner som krever ekstremt fine epitaksiale lag

Mest brukte metode Dyrere metode

Kjemisk prosess Fysisk prosess

Innebærer en kjemisk reaksjon som oppstår når en gassforløper møter et oppvarmet substrat i et vekstkammer eller reaktor Materialet som skal avsettes varmes opp under vakuumforhold

Nøyaktig kontroll av tynnfilmvekstprosessen Nøyaktig kontroll av tykkelsen og sammensetningen av det vokste laget

Brukes i applikasjoner som krever høykvalitets epitaksiale lag Brukes i applikasjoner som krever ekstremt fine epitaksiale lag

Mest brukte metode Dyrere metode

Epitaksiprosessen er kritisk i halvlederproduksjon; det optimerer ytelsen til

halvlederenheter og integrerte kretser. Det er en av hovedprosessene i produksjon av halvlederenheter som påvirker enhetens kvalitet, egenskaper og elektrisk ytelse.