Apakah proses epitaksi semikonduktor?

Ia sesuai untuk membina litar bersepadu atau peranti semikonduktor pada lapisan asas kristal yang sempurna. Theepitaksi(epi) dalam pembuatan semikonduktor bertujuan untuk mendepositkan lapisan kristal tunggal yang halus, biasanya kira-kira 0.5 hingga 20 mikron, pada substrat kristal tunggal. Proses epitaksi merupakan langkah penting dalam pembuatan peranti semikonduktor, terutamanya dalam pembuatan wafer silikon.

Proses epitaksi (epi) dalam pembuatan semikonduktor

Gambaran Keseluruhan Epitaksi dalam Pembuatan Semikonduktor

Apakah itu Proses epitaksi (epi) dalam pembuatan semikonduktor membolehkan pertumbuhan lapisan kristal nipis dalam orientasi tertentu di atas substrat kristal.

Matlamat Dalam pembuatan semikonduktor, matlamat proses epitaksi adalah untuk membuat pengangkutan elektron dengan lebih cekap melalui peranti. Dalam pembinaan peranti semikonduktor, lapisan epitaksi disertakan untuk menapis dan menjadikan struktur seragam.

Prosesepitaksiproses membolehkan pertumbuhan lapisan epitaxial ketulenan yang lebih tinggi pada substrat bahan yang sama. Dalam sesetengah bahan semikonduktor, seperti transistor bipolar heterojunction (HBT) atau transistor kesan medan semikonduktor oksida logam (MOSFET), proses epitaksi digunakan untuk mengembangkan lapisan bahan yang berbeza daripada substrat. Ia adalah proses epitaksi yang memungkinkan untuk mengembangkan lapisan dop berketumpatan rendah pada lapisan bahan terdop tinggi.

Gambaran keseluruhan proses epitaksi dalam pembuatan semikonduktor

Apakah itu Proses epitaksi (epi) dalam pembuatan semikonduktor membenarkan pertumbuhan lapisan hablur nipis dalam orientasi tertentu di atas substrat hablur.

Matlamat dalam pembuatan semikonduktor, matlamat proses epitaksi adalah untuk menjadikan elektron diangkut melalui peranti dengan lebih cekap. Dalam pembinaan peranti semikonduktor, lapisan epitaksi disertakan untuk menapis dan menjadikan struktur seragam.

Proses epitaksi membolehkan pertumbuhan lapisan epitaksi ketulenan yang lebih tinggi pada substrat bahan yang sama. Dalam sesetengah bahan semikonduktor, seperti transistor bipolar heterojunction (HBT) atau transistor kesan medan semikonduktor oksida logam (MOSFET), proses epitaksi digunakan untuk mengembangkan lapisan bahan yang berbeza daripada substrat. Ia adalah proses epitaksi yang memungkinkan untuk mengembangkan lapisan dop berketumpatan rendah pada lapisan bahan terdop tinggi.

Jenis Proses Epitaxial dalam Pembuatan Semikonduktor

Dalam proses epitaxial, arah pertumbuhan ditentukan oleh kristal substrat yang mendasari. Bergantung pada pengulangan pemendapan, boleh terdapat satu atau lebih lapisan epitaxial. Proses epitaxial boleh digunakan untuk membentuk lapisan nipis bahan yang sama atau berbeza dalam komposisi dan struktur kimia daripada substrat asas.

Dua jenis proses Epi

Ciri-ciriHomoepitaksi Heteroepitaksi

Lapisan pertumbuhan Lapisan pertumbuhan epitaxial adalah bahan yang sama dengan lapisan substrat Lapisan pertumbuhan epitaxial adalah bahan yang berbeza daripada lapisan substrat

Struktur kristal dan kekisi Struktur kristal dan pemalar kekisi substrat dan lapisan epitaxial adalah sama Struktur kristal dan pemalar kekisi substrat dan lapisan epitaxial adalah berbeza

Contoh Pertumbuhan epitaxial silikon ketulenan tinggi pada substrat silikon Pertumbuhan epitaxial bagi galium arsenide pada substrat silikon

Aplikasi Struktur peranti semikonduktor yang memerlukan lapisan tahap doping yang berbeza atau filem tulen pada substrat yang kurang tulen Struktur peranti semikonduktor yang memerlukan lapisan bahan yang berbeza atau membina filem kristal bahan yang tidak boleh diperoleh sebagai kristal tunggal

Dua Jenis Proses Epi

Ciri-ciri Homoepitaxy Heteroepitaksi

Lapisan Pertumbuhan Lapisan pertumbuhan epitaxial adalah bahan yang sama dengan lapisan substrat Lapisan pertumbuhan epitaxial adalah bahan yang berbeza daripada lapisan substrat

Struktur Kristal dan Kekisi Struktur kristal dan pemalar kekisi substrat dan lapisan epitaxial adalah sama Struktur kristal dan pemalar kekisi substrat dan lapisan epitaxial adalah berbeza

Contoh Pertumbuhan epitaxial silikon ketulenan tinggi pada substrat silikon Pertumbuhan epitaxial bagi galium arsenide pada substrat silikon

Aplikasi Struktur peranti semikonduktor yang memerlukan lapisan tahap doping yang berbeza atau filem tulen pada substrat yang kurang tulen Struktur peranti semikonduktor yang memerlukan lapisan bahan yang berbeza atau membina filem kristal bahan yang tidak boleh diperoleh sebagai kristal tunggal

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Epitaxial dalam Pembuatan Semikonduktor

Penerangan Faktor

Suhu Mempengaruhi kadar epitaksi dan ketumpatan lapisan epitaksi. Suhu yang diperlukan untuk proses epitaksi adalah lebih tinggi daripada suhu bilik dan nilainya bergantung kepada jenis epitaksi.

Tekanan Mempengaruhi kadar epitaksi dan ketumpatan lapisan epitaksi.

Kecacatan Kecacatan pada epitaksi membawa kepada wafer yang rosak. Keadaan fizikal yang diperlukan untuk proses epitaksi hendaklah dikekalkan untuk pertumbuhan lapisan epitaksi tanpa kecacatan.

Kedudukan yang Diingini Proses epitaksi harus berkembang pada kedudukan kristal yang betul. Kawasan di mana pertumbuhan tidak diingini semasa proses perlu disalut dengan betul untuk mengelakkan pertumbuhan.

Pengdopan sendiri Memandangkan proses epitaksi dilakukan pada suhu tinggi, atom dopan mungkin boleh membawa perubahan dalam bahan.

Penerangan Faktor

Suhu Mempengaruhi kadar epitaksi dan ketumpatan lapisan epitaksi. Suhu yang diperlukan untuk proses epitaksi adalah lebih tinggi daripada suhu bilik, dan nilainya bergantung pada jenis epitaksi.

Tekanan mempengaruhi kadar epitaksi dan ketumpatan lapisan epitaksi.

Kecacatan Kecacatan pada epitaksi membawa kepada wafer yang rosak. Keadaan fizikal yang diperlukan untuk proses epitaksi hendaklah dikekalkan untuk pertumbuhan lapisan epitaksi tanpa kecacatan.

Lokasi yang dikehendaki Proses epitaksi harus tumbuh di lokasi kristal yang betul. Kawasan di mana pertumbuhan tidak diingini semasa proses ini hendaklah disalut dengan betul untuk mengelakkan pertumbuhan.

Doping sendiri Memandangkan proses epitaksi dilakukan pada suhu tinggi, atom dopan mungkin boleh membawa perubahan dalam bahan.

Ketumpatan dan kadar epitaxial

Ketumpatan pertumbuhan epitaxial ialah bilangan atom per unit isipadu bahan dalam lapisan pertumbuhan epitaxial. Faktor-faktor seperti suhu, tekanan, dan jenis substrat semikonduktor mempengaruhi pertumbuhan epitaxial. Secara amnya, ketumpatan lapisan epitaxial berbeza dengan faktor di atas. Kelajuan lapisan epitaksi tumbuh dipanggil kadar epitaksi.

Jika epitaksi ditanam di lokasi dan orientasi yang betul, kadar pertumbuhan akan tinggi dan begitu juga sebaliknya. Sama seperti ketumpatan lapisan epitaksi, kadar epitaksi juga bergantung pada faktor fizikal seperti suhu, tekanan dan jenis bahan substrat.

Kadar epitaxial meningkat pada suhu tinggi dan tekanan rendah. Kadar epitaksi juga bergantung pada orientasi struktur substrat, kepekatan bahan tindak balas, dan teknik pertumbuhan yang digunakan.

Kaedah Proses Epitaksi

Terdapat beberapa kaedah epitaksi:epitaksi fasa cecair（LPE）, epitaksi fasa wap hibrid, epitaksi fasa pepejal,pemendapan lapisan atom, pemendapan wap kimia, epitaksi rasuk molekul, dsb. Mari kita bandingkan dua proses epitaksi: CVD dan MBE.

Pemendapan wap kimia (CVD) Epitaksi rasuk molekul (MBE)

Proses kimia Proses fizikal

Melibatkan tindak balas kimia yang berlaku apabila prekursor gas bertemu dengan substrat yang dipanaskan dalam ruang pertumbuhan atau reaktor Bahan yang akan dimendapkan dipanaskan dalam keadaan vakum

Kawalan tepat terhadap proses pertumbuhan filem Kawalan tepat ke atas ketebalan dan komposisi lapisan yang ditanam

Untuk aplikasi yang memerlukan lapisan epitaxial berkualiti tinggi Untuk aplikasi yang memerlukan lapisan epitaxial yang sangat halus

Kaedah yang paling biasa digunakan Kaedah yang lebih mahal

Proses kimia Proses fizikal

Melibatkan tindak balas kimia yang berlaku apabila prekursor gas bertemu dengan substrat yang dipanaskan dalam ruang pertumbuhan atau reaktor Bahan yang akan dimendapkan dipanaskan dalam keadaan vakum

Kawalan tepat proses pertumbuhan filem nipis Kawalan tepat ketebalan dan komposisi lapisan tumbuh

Digunakan dalam aplikasi yang memerlukan lapisan epitaxial berkualiti tinggi Digunakan dalam aplikasi yang memerlukan lapisan epitaxial yang sangat halus

Kaedah yang paling biasa digunakan Kaedah yang lebih mahal

Proses epitaksi adalah kritikal dalam pembuatan semikonduktor; ia mengoptimumkan prestasi

peranti semikonduktor dan litar bersepadu. Ia adalah salah satu proses utama dalam pembuatan peranti semikonduktor yang mempengaruhi kualiti peranti, ciri dan prestasi elektrik.