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 avenkeltkrystallmaterialvekstteknologi - epitaksial vekst ble utviklet.

Epitaksial vekst er å dyrke et lag av materiale som oppfyller kravene på et enkelt krystallsubstrat som har blitt nøye behandlet ved kutting, sliping og polering under visse forhold. Siden det voksende enkeltproduktlaget er en forlengelse av substratgitteret, kalles det dyrkede materialelaget et epitaksielt lag.

Klassifisering etter egenskapene til det epitaksiale laget

·Homogen epitaksi: Denepitaksialt lager det samme som underlagsmaterialet, som opprettholder materialets konsistens og bidrar til å oppnå høykvalitets produktstruktur og elektriske egenskaper.

·Heterogen epitaksi: Denepitaksialt lager forskjellig fra substratmaterialet. Ved å velge et passende underlag kan vekstforholdene optimaliseres og materialets bruksområde kan utvides, men utfordringene med gittermistilpasning 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 epitaksi: I motsetning til positiv epitaksi, produseres enheten direkte på underlaget, mens det epitaksiale laget er dannet på enhetens struktur.

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 for å avsette og vokse epitaksiale lag på substratoverflaten, som i grove trekk kalles kjemisk dampavsetning (CVD). Imidlertid er den tynne filmen dyrket av CVD ikke nødvendigvis et enkelt produkt. Derfor er det strengt tatt bare CVD som vokser en enkelt film som er epitaksial vekst. Denne metoden har enkelt utstyr, og de ulike parameterne til epitaksiallaget er lettere å kontrollere og har god repeterbarhet. For tiden bruker silisiumepitaksial 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 epitaksi, flytende fase epitaksi, ogfastfase epitaksi.

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:

· Dyrk et epitaksialt lag med høy resistivitet på et underlag med ekstremt lav resistivitet, og lag enheten på det epitaksiale laget. Det epitaksiale laget med høy resistivitet sørger for at røret har høy nedbrytningsspenning, mens substratet med lav resistivitet reduserer motstanden til substratet og metningsspenningsfallet, 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 dampfaseepitaksi i ultratynne lag, supergitter, kvantebrønner, anstrengte supergitter og tynnlagsepitaksi på atomnivå har lagt grunnlaget for utviklingen av et nytt felt innen halvlederforskning, «band engineering».

Kjennetegn på epitaksial vekst

(1) Epitaksiale lag med høy (lav) motstand kan dyrkes epitaksialt på underlag med lav (høy) motstand.

(2) N(P) epitaksiale lag kan dyrkes på P(N)-substrater for direkte å danne PN-kryss. Det er ingen kompensasjonsproblem når man lager PN-kryss på enkeltsubstrater ved diffusjon.

(3) Kombinert med masketeknologi kan selektiv epitaksial vekst utføres i utpekte områder, og skaper forhold for produksjon av integrerte kretser 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 bør være strengt kontrollert og jevnt fordelt slik at epitaksiallaget har en jevn resistivitet som oppfyller kravene. Det kreves at resistiviteten tilepitaksiale waferedyrket i forskjellige ovner i samme ovn bør være konsekvente.

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

(7) Etter epitaksial vekst på et substrat med et nedgravd lag, er den nedgravde lagmønsterforvrengningen svært liten.

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

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