Какъв е епитаксиалният процес?

Преглед на епитаксиалните процеси

Терминът "епитаксия" произлиза от гръцките думи "epi", което означава "на" и "таксита", което означава "подредени", показващи подредения характер на кристалния растеж. Епитаксията е решаващ процес при производството на полупроводници, като се отнася до растежа на тънък кристален слой върху кристален субстрат. Процесът на епитакси (EPI) в производството на полупроводници има за цел да отложи фин слой от единичен кристал, обикновено около 0,5 до 20 микрона, върху един кристален субстрат. Процесът на EPI е значителна стъпка в производството на полупроводникови устройства, особено вСиликонова вафлаизработка.

Epitaxy позволява отлагането на тънки филми, които са силно подредени и могат да бъдат пригодени за специфични електронни свойства. Този процес е от съществено значение за създаване на висококачествени полупроводникови устройства, като диоди, транзистори и интегрални схеми.

Видове епитакси

В процеса на епитаксия ориентацията на растежа се определя от основния основен кристал.  Може да има или един или много слоеве на епитакси в зависимост от повторението на отлагането. Процесът на епитаксия може да бъде използван за образуване на тънък слой материал, който може да бъде един и същ или различен от основния субстрат по отношение на химичен състав и структура. Епитаксията може да бъде класифицирана в две основни категории въз основа на връзката между субстрата и епитаксиалния слой:HomoepitaxyиХетероепитакси.

След това ще анализираме разликите между хомоепитаксията и хетероепитаксията от четири измерения: отрасъл слой, кристална структура и решетка, пример и приложение:

● Homoepitaxy: Това се случва, когато епитаксиалният слой е направен от същия материал като субстрата.

✔ отрасъл слой: Епитаксиално отглежданият слой е от същия материал като субстратния слой.

✔ Кристална структура и решетка: Кристалната структура и константата на решетката на субстрата и епитаксиалния слой са еднакви.

✔ Пример: Епитаксиален растеж на силно чист силиций над субстрата силиций.

✔ Приложение: Полупроводниково изграждане на устройства, при които са необходими слоеве с различни нива на допинг или чисти филми върху субстрати, които са по -малко чисти.

● Хетероепитакси: Това включва различни материали, използвани за слоя и субстрата, като например отглеждане на алуминиев галиев арсенид (Algaas) върху галий арсенид (GAAS). Успешната хетероепитакси изисква подобни кристални структури между двата материала, за да се сведе до минимум дефектите.

✔ отрасъл слой: Епитаксиално отглежданият слой е с различен материал от субстратния слой.

✔ Кристална структура и решетка: Кристалната структура и константата на решетката на субстрата и епитаксиалния слой са различни.

✔ Пример: Епитаксиално растящ галиев арсенид върху силициев субстрат.

✔ Приложение: Полупроводниково изграждане на устройства, където са необходими слоеве от различни материали или за изграждане на кристален филм на материал, който не се предлага като единичен кристал.

Фактори, влияещи върху процеса на EPI в производството на полупроводници:

✔ Температура: Засяга скоростта на епитаксия и плътността на епитаксиалния слой. Температурата, необходима за процеса на епитаксия, е по -висока от стайната температура, а стойността зависи от вида на епитаксията.

✔ Налягане: Засяга скоростта на епитаксия и плътността на епитаксиалния слой.

✔ Дефекти: Дефектите в епитаксията водят до дефектни вафли. Физическите условия, необходими за процеса на EPI, трябва да се поддържат за недефективен растеж на епитаксиалния слой.

✔ Желана позиция: Епитаксиалният растеж трябва да бъде в правилните позиции на кристала. Регионите, които трябва да бъдат изключени от епитаксиалния процес, трябва да бъдат заснети правилно, за да се предотврати растежа.

✔ Автодопиране: Тъй като процесът на епитаксия се провежда при високи температури, допантните атоми могат да могат да донесат вариации в материала.

Епитаксиални техники за растеж

Има няколко метода за извършване на процеса на епитаксия: Епитаксия на течната фаза, хибридна пара фаза епитаксия, твърда фаза епитаксия, отлагане на атомния слой, отлагане на химически пари, молекулярна лъчи и др. Нека сравним двата процеса на епитаксия: CVD и MBE.

Епитаксиални режими на растеж

Режими на растеж на епитаксия: Епитаксиалният растеж може да възникне чрез различни режими, които влияят върху начина на формиране на слоевете:

✔ (а) Volmer-Weber (VW): Характеризира се с триизмерен растеж на острова, където ядреността се случва преди непрекъснато образуване на филми.

✔ (b)Frank-Van Der Merwe (FM): Включва растеж на слой по слой, насърчавайки еднаква дебелина.

✔ (в) Страничните крастани (SK): Комбинация от VW и FM, започваща с растеж на слоя, която преминава във формация на острова след достигане на критична дебелина.

Значението на растежа на епитаксията при производството на полупроводници

Епитаксията е жизненоважна за подобряване на електрическите свойства на полупроводниковите вафли. Способността за контрол на допинговите профили и постигане на специфични характеристики на материалите прави епитаксията задължителна в съвременната електроника.

Освен това, епитаксиалните процеси са все по-важни за разработването на високоефективни сензори и електрониката на мощността, отразявайки текущия напредък в технологията на полупроводника. Точността, необходима при контролиране на параметри катоТемпература, налягане и дебит на газаПо време на епитаксиалния растеж е от решаващо значение за постигане на висококачествени кристални слоеве с минимални дефекти.