Технология за приготвяне на силициева (Si) епитаксия

Силиконова (SI) ЕпитаксияТехнология за подготовка

Какво е епитаксиален растеж?

· Само с единичните кристални материали не могат да отговорят на нуждите от нарастващото производство на различни полупроводникови устройства. В края на 1959 г. тънък слой отединичен кристалТехнология за растеж на материали - е разработен епитаксиален растеж.

Епитаксиалният растеж е да се разраства слой материал, който отговаря на изискванията върху един кристален субстрат, който е внимателно обработен чрез рязане, смилане и полиране при определени условия. Тъй като отглежданият единичен продуктов слой е удължаване на решетката на субстрата, отрасленият материал се нарича епитаксиален слой.

Класификация по свойствата на епитаксиалния слой

·Хомогенна епитаксия: Theепитаксиален слойе същото като материала на субстрата, който поддържа консистенцията на материала и помага за постигане на висококачествена структура на продукта и електрически свойства.

·Хетерогенна епитаксия: Theепитаксиален слойе различен от материала на субстрата. Чрез избора на подходящ субстрат условията на растеж могат да бъдат оптимизирани и обхватът на приложението на материала може да бъде разширен, но трябва да се преодолеят предизвикателствата от несъответствието на решетката и термичните разширения.

Класификация по позиция на устройството

Положителна епитаксия: отнася се до образуването на епитаксиален слой върху материала на субстрата по време на растежа на кристала и устройството е направено върху епитаксиалния слой.

Обратна епитаксия: За разлика от положителната епитаксия, устройството се произвежда директно върху субстрата, докато епитаксиалният слой се формира върху структурата на устройството.

Разлики в приложението: Приложението на двата в производството на полупроводници зависи от необходимите свойства на материала и изискванията за дизайн на устройството и всеки е подходящ за различни процесни потоци и технически изисквания.

Класификация по метод на епитаксиален растеж

· Директната епитаксия е метод за използване на нагряване, електронно бомбардиране или външно електрическо поле, за да накара атомите на растящия материал да получат достатъчно енергия и директно да мигрират и да се отложат върху повърхността на субстрата, за да завършат епитаксиалния растеж, като вакуумно отлагане, разпрашване, сублимация и т.н. Този метод обаче има строги изисквания към оборудването. Съпротивлението и дебелината на филма имат лоша повторяемост, така че не е използван в епитаксиалното производство на силиций.

· Индиректната епитаксия е използването на химични реакции за отлагане и отглеждане на епитаксиални слоеве върху повърхността на субстрата, което се нарича широко химическо отлагане на пари (CVD). Въпреки това, тънкият филм, отглеждан от CVD, не е непременно един продукт. Следователно, строго погледнато, само CVD, който отглежда един филм, е епитаксиален растеж. Този метод има просто оборудване, а различните параметри на епитаксиалния слой са по -лесни за контрол и имат добра повторяемост. Понастоящем силиконов епитаксиален растеж използва главно този метод.

Други категории

·Според метода за транспортиране на атоми от епитаксиални материали към субстрата, той може да бъде разделен на вакуумна епитаксия, епитаксия в газова фаза, епитаксия в течна фаза (LPE) и др.

· Според процеса на промяна на фазата, епитаксията може да бъде разделена нагазова фазова епитаксия, Епитаксия на течна фазаиТвърда фазова епитаксия.

Проблеми, решени чрез епитаксиален процес

·Когато започна технологията за епитаксиален растеж на силиций, беше времето, когато производството на силициеви високочестотни и мощни транзистори се сблъска с трудности. От гледна точка на принципа на транзистора, за да се получи висока честота и висока мощност, напрежението на пробив на колектора трябва да е високо и серийното съпротивление трябва да е малко, тоест спадът на напрежението на насищане трябва да е малък. Първото изисква съпротивлението на материала на колекторната област да бъде високо, докато последното изисква съпротивлението на материала на колекторната област да бъде ниско и двете са противоречиви. Ако серийното съпротивление се намали чрез изтъняване на дебелината на материала на колекторната област, силиконовата пластина ще бъде твърде тънка и крехка, за да бъде обработена. Ако съпротивлението на материала се намали, това ще противоречи на първото изискване. Епитаксиалната технология успешно е решила тази трудност.

Решение:

· Отгледайте епитаксиален слой с високо съпротивление върху субстрат с изключително ниско съпротивление и изработете устройството върху епитаксиалния слой. Епитаксиалният слой с високо съпротивление гарантира, че тръбата има високо напрежение на пробив, докато субстратът с ниско съпротивление намалява съпротивлението на субстрата и спада на напрежението на насищане, като по този начин разрешава противоречието между двете.

В допълнение, епитаксиални технологии като епитаксия в газова фаза, епитаксия в течна фаза, епитаксия с молекулярни лъчи и епитаксия в газова фаза на метални органични съединения от семейство 1-V, семейство 1-V и други съставни полупроводникови материали като GaAs също са силно развити и са се превърнали в незаменими технологични процеси за производството на повечето микровълнови иоптоелектронни устройства.

По-специално, успешното приложение на молекулярния лъч иМетална органична параФазовата епитаксия в ултра-тънки слоеве, суперрешетки, квантови кладенци, напрегнати суперрежички и епитаксия на тънък слой на ниво атомно е поставило основата за разработването на ново поле на полупроводникови изследвания, „инженерство на лентата“.

Характеристики на епитаксиалния растеж

(1) Епитаксиалните слоеве с висока (ниска) устойчивост могат да се отглеждат епитаксиално при ниско (високо) устойчивост на субстрати.

(2) N (P) Епитаксиалните слоеве могат да се отглеждат на P (n) субстрати, за да се образуват директно PN кръстовища. Няма проблем с компенсацията при правене на PN кръстовища върху единични субстрати чрез дифузия.

(3) В комбинация с технологията на маската може да се извършва селективен епитаксиален растеж в определени зони, създавайки условия за производство на интегрални схеми и устройства със специална структура.

(4) Типът и концентрацията на допинг могат да бъдат променени според нуждите по време на епитаксиален растеж. Промяната на концентрацията може да бъде рязка или постепенна.

(5) Могат да се отглеждат ултратънки слоеве от хетерогенни, многослойни, многокомпонентни съединения с променливи компоненти.

(6) Епитаксиалното израстване може да се извърши при температура под точката на топене на материала. Скоростта на растеж е контролируема и може да се постигне епитаксиален растеж на дебелината на атомния мащаб.

Изисквания за епитаксиален растеж

(1) Повърхността трябва да е равна и светла, без повърхностни дефекти като ярки петна, ями, петна от мъгла и линии на приплъзване

(2) Добра целостта на кристалите, ниската дислокация и плътността на разлома на подреждане. ЗаСиликонова епитакси, плътността на дислокациите трябва да бъде по-малка от 1000/cm2, плътността на грешките при наслагване трябва да бъде по-малка от 10/cm2 и повърхността трябва да остане ярка, след като е била корозирала от разтвор за ецване с хромна киселина.

(3) Концентрацията на примеси на фона на епитаксиалния слой трябва да бъде ниска и трябва да се изисква по -малко компенсация. Чистотата на суровината трябва да е висока, системата трябва да бъде добре запечатана, средата трябва да бъде чиста, а операцията трябва да бъде строга, за да се избегне включването на чуждестранни примеси в епитаксиалния слой.

(4) За хетерогенна епитаксия съставът на епитаксиалния слой и субстрата трябва да се променя внезапно (с изключение на изискването за бавна промяна на състава) и взаимната дифузия на състава между епитаксиалния слой и субстрата трябва да се сведе до минимум.

(5) Концентрацията на допинг трябва да бъде строго контролирана и равномерно разпределена, така че епитаксиалният слой да има равномерно съпротивление, което отговаря на изискванията. Изисква се съпротивлението наепитаксиални пластиниотглеждани в различни пещи в една и съща пещ трябва да бъдат последователни.

(6) Дебелината на епитаксиалния слой трябва да отговаря на изискванията с добра равномерност и повторяемост.

(7) След епитаксиален растеж върху субстрат с погребан слой, изкривяването на модела на погребания слой е много малко.

(8) Диаметърът на епитаксиалната пластина трябва да бъде възможно най-голям, за да се улесни масовото производство на устройства и да се намалят разходите.

(9) термичната стабилност насъставни полупроводникови епитаксиални слоевеА епитаксията на хетерожунцията е добра.