Technológia prípravy kremíkovej (Si) epitaxie

Kremíková epitaxiatechnológia prípravy

Čo je epitaxný rast?

·Samotné jednokryštálové materiály nedokážu uspokojiť potreby rastúcej výroby rôznych polovodičových zariadení. Koncom roku 1959 sa vytvorila tenká vrstva omonokryštálbola vyvinutá technológia rastu materiálu - epitaxný rast.

Epitaxiálny rast je pestovať vrstvu materiálu, ktorý spĺňa požiadavky na jedinom kryštálovom substráte, ktorý bol starostlivo spracovaný rezaním, brúsením a leštením za určitých podmienok. Pretože pestovaná jediná produktová vrstva je rozšírením substrátovej mriežky, rastúcu vrstvu materiálu sa nazýva epitaxiálna vrstva.

Klasifikácia podľa vlastností epitaxnej vrstvy

·Homogénna epitaxia:epitaxná vrstvaje rovnaký ako podkladový materiál, ktorý zachováva konzistenciu materiálu a pomáha dosiahnuť kvalitnú štruktúru produktu a elektrické vlastnosti.

·Heterogénna epitaxia:epitaxná vrstvasa líši od materiálu substrátu. Výberom vhodného substrátu je možné optimalizovať podmienky rastu a rozšíriť rozsah použitia materiálu, je však potrebné prekonať problémy, ktoré prináša nesúlad mriežok a rozdiely v tepelnej rozťažnosti.

Klasifikácia podľa polohy zariadenia

Pozitívna epitaxia: označuje vytvorenie epitaxnej vrstvy na materiáli substrátu počas rastu kryštálov a zariadenie je vyrobené na epitaxiálnej vrstve.

Reverzná epitaxia: Na rozdiel od pozitívnej epitaxie sa zariadenie vyrába priamo na substráte, zatiaľ čo epitaxiálna vrstva sa vytvára na štruktúre zariadenia.

Rozdiely v aplikácii: Aplikácia týchto dvoch v polovodičovej výrobe závisí od požadovaných vlastností materiálu a požiadaviek na návrh zariadenia a každá z nich je vhodná pre rôzne toky procesu a technické požiadavky.

Klasifikácia metódou epitaxného rastu

· Priama epitaxia je metóda použitia zahrievania, bombardovania elektrónmi alebo vonkajšieho elektrického poľa, aby atómy rastúceho materiálu získali dostatok energie a priamo migrovali a ukladali sa na povrch substrátu, aby sa dokončil epitaxný rast, ako je vákuová depozícia, naprašovanie, sublimácia atď. Táto metóda má však prísne požiadavky na vybavenie. Rezistivita a hrúbka filmu majú zlú opakovateľnosť, takže sa nepoužili pri výrobe kremíkových epitaxí.

· Nepriama epitaxia je použitie chemických reakcií na ukladanie a rast epitaxných vrstiev na povrchu substrátu, čo sa všeobecne nazýva chemická depozícia z pár (CVD). Avšak tenký film pestovaný pomocou CVD nie je nevyhnutne jedným produktom. Preto, prísne vzaté, iba CVD, ktoré rastie na jednom filme, je epitaxným rastom. Táto metóda má jednoduché vybavenie a rôzne parametre epitaxnej vrstvy sa ľahšie kontrolujú a majú dobrú opakovateľnosť. V súčasnosti túto metódu využíva hlavne kremíkový epitaxný rast.

Ostatné kategórie

· Podľa metódy transportu atómov epitaxiálnych materiálov na substrát sa môže rozdeliť na vákuovú epitaxiu, epitaxiu plynovej fázy, epitaxie kvapalnej fázy (LPE) atď.

· Podľa procesu zmeny fázy je možné epitaxiu rozdeliť naepitaxia v plynnej fáze, epitaxia v kvapalnej fázeaepitaxia pevnej fázy.

Problémy riešené epitaxným procesom

·Keď sa začala technológia epitaxného rastu kremíka, nastal čas, keď výroba kremíkových vysokofrekvenčných a vysokovýkonných tranzistorov narazila na ťažkosti. Z hľadiska princípu tranzistora na získanie vysokej frekvencie a vysokého výkonu musí byť prierazné napätie kolektora vysoké a sériový odpor musí byť malý, to znamená, že pokles saturačného napätia musí byť malý. Prvý vyžaduje vysoký merný odpor materiálu kolektorovej plochy, zatiaľ čo druhý vyžaduje nízky merný odpor materiálu kolektorovej plochy a tieto dva sú protichodné. Ak sa sériový odpor zníži stenčením hrúbky materiálu oblasti kolektora, kremíkový plátok bude príliš tenký a krehký na spracovanie. Ak sa odpor materiálu zníži, bude to v rozpore s prvou požiadavkou. Epitaxná technológia úspešne vyriešila tento problém.

Riešenie:

· Vypestujte vysokoodolnú epitaxiálnu vrstvu na substráte s extrémne nízkym odporom a vyrobte zariadenie na epitaxiálnej vrstve. Epitaxná vrstva s vysokým odporom zaisťuje, že trubica má vysoké prierazné napätie, zatiaľ čo substrát s nízkym odporom znižuje odpor substrátu a pokles saturačného napätia, čím sa rieši rozpor medzi nimi.

Okrem toho sa výrazne vyvinuli epitaxiálne technológie, ako je epitaxia v čelnej fáze, epitaxia kvapalnej fázy, epitaxia molekulárneho lúča a epitaxia pary organickej zlúčeniny kovovej organickej zlúčeniny z rodiny 1-V, 1-V a ďalšie zložené polovodičové materiály, ako napríklad GAAS a stali sa nevyhnutnými technológiami procesu na výrobu väčšiny mikrovlnnej rúry aoptoelektronické zariadenia.

Najmä úspešná aplikácia molekulárneho lúča aorganická para kovovFázová epitaxia v ultra tenkých vrstvách, superlattices, kvantové vrty, napäté superlattices a epitaxia tenkej vrstvy na úrovni atómovej úrovne položila základ pre vývoj novej oblasti prieskumu polovodičov „Band Engineering“.

Charakteristiky epitaxného rastu

(1) Epitaxné vrstvy s vysokou (nízkou) rezistenciou možno epitaxne pestovať na substrátoch s nízkou (vysokou) rezistenciou.

(2) N(P) epitaxné vrstvy môžu byť pestované na P(N) substrátoch, aby sa priamo vytvorili PN spojenia. Pri vytváraní PN prechodov na jednotlivých substrátoch difúziou nevzniká žiadny problém s kompenzáciou.

(3) V kombinácii s technológiou masky sa môže v určených oblastiach uskutočniť selektívny epitaxiálny rast, čím sa vytvára podmienky na výrobu integrovaných obvodov a zariadení so špeciálnymi štruktúrami.

(4) Typ a koncentrácia dopingu sa môže počas epitaxného rastu podľa potreby meniť. Zmena koncentrácie môže byť náhla alebo postupná.

(5) Môžu sa pestovať ultra tenké vrstvy heterogénnych, viacvrstvových viaczložkových zlúčenín s rôznymi komponentmi.

(6) Epitaxiálny rast sa môže uskutočniť pri teplote pod bodom topenia materiálu. Rýchlosť rastu je kontrolovateľná a je možné dosiahnuť epitaxiálny rast hrúbky atómového rozsahu.

Požiadavky na epitaxiálny rast

(1) Povrch by mal byť plochý a jasný, bez povrchových defektov, ako sú jasné škvrny, jamy, škvrny hmly a klzné čiary

(2) Dobrá integrita kryštálov, nízka dislokácia a hustota poruchy stohovania. Prekremíková epitaxia, hustota dislokácie by mala byť menšia ako 1000/cm2, hustota poruchy stohovania by mala byť menšia ako 10/cm2 a povrch by mal zostať jasný po korodovaní roztokom leptania kyseliny chromovej.

(3) Koncentrácia nečistoty na pozadí nečistôt epitaxnej vrstvy by mala byť nízka a mala by sa vyžadovať menšia kompenzácia. Čistota suroviny by mala byť vysoká, systém by mal byť dobre zapečatený, prostredie by malo byť čisté a operácia by mala byť prísna, aby sa zabránilo začleneniu cudzích nečistôt do epitaxnej vrstvy.

(4) V prípade heterogénnej epitaxie by sa zloženie epitaxnej vrstvy a substrátu malo náhle zmeniť (s výnimkou požiadavky na zmenu pomalého zloženia) a vzájomná difúzia zloženia medzi epitaxnou vrstvou a substrátom by sa mala minimalizovať.

(5) Dopingová koncentrácia by sa mala striktne kontrolovať a rovnomerne rozložená tak, aby epitaxiálna vrstva mala jednotný odpor, ktorý spĺňa požiadavky. Vyžaduje sa, aby odporepitaxiálne oblátkyPestované v rôznych peciach v tej istej peci by malo byť konzistentné.

(6) Hrúbka epitaxnej vrstvy by mala spĺňať požiadavky s dobrou jednotnosťou a opakovateľnosťou.

(7) Po epitaxnom raste na substráte so zakrytou vrstvou je skreslenie vzoru pochovanej vrstvy veľmi malé.

(8) Priemer epitaxnej oblátky by mal byť čo najväčší na uľahčenie hromadnej výroby zariadení a zníženie nákladov.

(9) tepelná stabilitazložené polovodičové epitaxné vrstvya heterojunkčná epitaxia je dobrá.