Teknologi penyediaan epitaksi silikon(Si).

Epitaksi silikon(Si).teknologi penyediaan

Apakah pertumbuhan epitaxial?

·Bahan kristal tunggal sahaja tidak dapat memenuhi keperluan pengeluaran pelbagai peranti semikonduktor yang semakin meningkat. Pada penghujung tahun 1959, lapisan nipiskristal tunggalteknologi pertumbuhan bahan - pertumbuhan epitaxial telah dibangunkan.

Pertumbuhan epitaxial adalah untuk menumbuhkan lapisan bahan yang memenuhi keperluan pada substrat kristal tunggal yang telah diproses dengan teliti dengan memotong, mengisar, dan menggilap dalam keadaan tertentu. Oleh kerana lapisan produk tunggal yang ditanam adalah lanjutan kekisi substrat, lapisan bahan yang ditanam dipanggil lapisan epitaxial.

Pengelasan mengikut sifat lapisan epitaxial

·Epitaksi homogen: Thelapisan epitaxialadalah sama dengan bahan substrat, yang mengekalkan ketekalan bahan dan membantu mencapai struktur produk berkualiti tinggi dan sifat elektrik.

·Epitaksi heterogen: Thelapisan epitaxialadalah berbeza daripada bahan substrat. Dengan memilih substrat yang sesuai, keadaan pertumbuhan boleh dioptimumkan dan julat aplikasi bahan boleh dikembangkan, tetapi cabaran yang dibawa oleh ketidakpadanan kekisi dan perbezaan pengembangan haba perlu diatasi.

Klasifikasi mengikut kedudukan peranti

Epitaksi positif: merujuk kepada pembentukan lapisan epitaxial pada bahan substrat semasa pertumbuhan kristal, dan peranti dibuat pada lapisan epitaxial.

Epitaksi terbalik: Berbeza dengan epitaksi positif, peranti dihasilkan terus pada substrat, manakala lapisan epitaksi terbentuk pada struktur peranti.

Perbezaan aplikasi: Penggunaan kedua-duanya dalam pembuatan semikonduktor bergantung pada sifat bahan yang diperlukan dan keperluan reka bentuk peranti, dan setiap satu sesuai untuk aliran proses dan keperluan teknikal yang berbeza.

Pengelasan mengikut kaedah pertumbuhan epitaxial

· Epitaksi langsung ialah kaedah menggunakan pemanasan, pengeboman elektron atau medan elektrik luaran untuk menjadikan atom bahan yang semakin meningkat memperoleh tenaga yang mencukupi, dan secara langsung berhijrah dan memendap pada permukaan substrat untuk melengkapkan pertumbuhan epitaxial, seperti pemendapan vakum, sputtering, sublimasi, dsb. . Walau bagaimanapun, kaedah ini mempunyai keperluan yang ketat pada peralatan. Kerintangan dan ketebalan filem mempunyai kebolehulangan yang lemah, jadi ia tidak digunakan dalam pengeluaran epitaxial silikon.

· Epitaksi tidak langsung ialah penggunaan tindak balas kimia untuk memendap dan menumbuhkan lapisan epitaksi pada permukaan substrat, yang secara umum dipanggil pemendapan wap kimia (CVD). Walau bagaimanapun, filem nipis yang ditanam oleh CVD tidak semestinya produk tunggal. Oleh itu, secara tegasnya, hanya CVD yang menumbuhkan satu filem adalah pertumbuhan epitaxial. Kaedah ini mempunyai peralatan mudah, dan pelbagai parameter lapisan epitaxial lebih mudah dikawal dan mempunyai kebolehulangan yang baik. Pada masa ini, pertumbuhan epitaxial silikon terutamanya menggunakan kaedah ini.

Kategori lain

·Mengikut kaedah mengangkut atom bahan epitaksi ke substrat, ia boleh dibahagikan kepada epitaksi vakum, epitaksi fasa gas, epitaksi fasa cecair(LPE), dll.

·Mengikut proses perubahan fasa, epitaksi boleh dibahagikan kepadaepitaksi fasa gas, epitaksi fasa cecair, danepitaksi fasa pepejal.

Masalah diselesaikan dengan proses epitaxial

·Apabila teknologi pertumbuhan epitaxial silikon bermula, ia adalah masa apabila pembuatan transistor frekuensi tinggi silikon dan berkuasa tinggi menghadapi kesukaran. Dari perspektif prinsip transistor, untuk mendapatkan frekuensi tinggi dan kuasa tinggi, voltan pecahan pengumpul mestilah tinggi dan rintangan siri mestilah kecil, iaitu penurunan voltan tepu mestilah kecil. Yang pertama memerlukan kerintangan bahan kawasan pengumpul menjadi tinggi, manakala yang kedua memerlukan kerintangan bahan kawasan pengumpul menjadi rendah, dan kedua-duanya adalah bercanggah. Jika rintangan siri dikurangkan dengan menipiskan ketebalan bahan kawasan pengumpul, wafer silikon akan menjadi terlalu nipis dan rapuh untuk diproses. Jika kerintangan bahan dikurangkan, ia akan bercanggah dengan keperluan pertama. Teknologi epitaxial telah berjaya menyelesaikan kesukaran ini.

Penyelesaian:

·Tumbuhkan lapisan epitaxial dengan kerintangan tinggi pada substrat dengan kerintangan yang sangat rendah, dan buat peranti pada lapisan epitaxial. Lapisan epitaxial kerintangan tinggi memastikan bahawa tiub mempunyai voltan pecahan yang tinggi, manakala substrat kerintangan rendah mengurangkan rintangan substrat dan penurunan voltan tepu, sekali gus menyelesaikan percanggahan antara keduanya.

Di samping itu, teknologi epitaksi seperti epitaksi fasa wap, epitaksi fasa cecair, epitaksi rasuk molekul, dan epitaksi fasa wap sebatian organik logam bagi keluarga 1-V, keluarga 1-V, dan bahan semikonduktor kompaun lain seperti GaAs juga telah dibangunkan dengan baik. dan telah menjadi teknologi proses yang amat diperlukan untuk pembuatan kebanyakan gelombang mikro danperanti optoelektronik.

Khususnya, aplikasi yang berjaya bagi rasuk molekul danwap organik logamepitaksi fasa dalam lapisan ultra-nipis, superlattices, telaga kuantum, superlattices tegang, dan epitaxy lapisan nipis peringkat atom telah meletakkan asas untuk pembangunan bidang penyelidikan semikonduktor baharu, "kejuruteraan jalur".

Ciri-ciri pertumbuhan epitaxial

(1) Lapisan epitaxial rintangan tinggi (rendah) boleh ditanam secara epitaxial pada substrat rintangan rendah (tinggi).

(2) Lapisan epitaxial N(P) boleh ditanam pada substrat P(N) untuk terus membentuk simpang PN. Tiada masalah pampasan apabila membuat persimpangan PN pada substrat tunggal secara resapan.

(3) Digabungkan dengan teknologi topeng, pertumbuhan epitaxial terpilih boleh dijalankan di kawasan yang ditetapkan, mewujudkan keadaan untuk pengeluaran litar bersepadu dan peranti dengan struktur khas.

(4) Jenis dan kepekatan doping boleh diubah mengikut keperluan semasa pertumbuhan epitaxial. Perubahan kepekatan boleh mendadak atau beransur-ansur.

(5) Lapisan ultra-nipis sebatian heterogen, berbilang lapisan, berbilang komponen dengan komponen berubah-ubah boleh ditanam.

(6) Pertumbuhan epitaxial boleh dijalankan pada suhu di bawah takat lebur bahan. Kadar pertumbuhan boleh dikawal, dan pertumbuhan epitaxial ketebalan skala atom boleh dicapai.

Keperluan untuk pertumbuhan epitaxial

(1) Permukaan hendaklah rata dan terang, tanpa kecacatan permukaan seperti bintik terang, lubang, kesan kabut dan garis gelincir

(2) Integriti kristal yang baik, kehelan rendah dan ketumpatan kerosakan susun. Untukepitaksi silikon, ketumpatan terkehel hendaklah kurang daripada 1000/cm2, ketumpatan kesalahan susun hendaklah kurang daripada 10/cm2, dan permukaan hendaklah kekal cerah selepas terhakis oleh larutan etsa asid kromik.

(3) Kepekatan kekotoran latar belakang lapisan epitaxial hendaklah rendah dan kurang pampasan perlu diperlukan. Ketulenan bahan mentah harus tinggi, sistem harus dimeterai dengan baik, persekitaran harus bersih, dan operasi harus ketat untuk mengelakkan penggabungan kekotoran asing ke dalam lapisan epitaxial.

(4) Untuk epitaksi heterogen, komposisi lapisan epitaxial dan substrat harus berubah secara tiba-tiba (kecuali untuk keperluan perubahan komposisi perlahan) dan resapan bersama komposisi antara lapisan epitaxial dan substrat harus diminimumkan.

(5) Kepekatan doping hendaklah dikawal dengan ketat dan diagihkan secara sama rata supaya lapisan epitaxial mempunyai kerintangan seragam yang memenuhi keperluan. Ia dikehendaki bahawa kerintangan bagiwafer epitaxialyang ditanam dalam relau yang berbeza dalam relau yang sama hendaklah konsisten.

(6) Ketebalan lapisan epitaxial harus memenuhi keperluan, dengan keseragaman dan kebolehulangan yang baik.

(7) Selepas pertumbuhan epitaxial pada substrat dengan lapisan terkubur, herotan corak lapisan terkubur adalah sangat kecil.

(8) Diameter wafer epitaxial hendaklah sebesar mungkin untuk memudahkan pengeluaran besar-besaran peranti dan mengurangkan kos.

(9) Kestabilan haba bagilapisan epitaxial semikonduktor sebatiandan epitaksi heterojunction adalah baik.