Silicon (SI) Epitaxy Preparation Technology

Kisel (SI) epitaxiberedningsteknik

Vad är epitaxiell tillväxt?

· Enbart enstaka kristallmaterial kan inte tillgodose behoven hos den växande produktionen av olika halvledaranordningar. I slutet av 1959, ett tunt lager avenkristallMaterialtillväxtteknik - Epitaxial tillväxt utvecklades.

Epitaxiell tillväxt är att odla ett lager av material som uppfyller kraven på ett enkristallsubstrat som har bearbetats noggrant genom skärning, slipning och polering under vissa förhållanden. Eftersom det odlade enstaka produktskiktet är en förlängning av substratgittret, kallas det odlade materialskiktet ett epitaxiellt skikt.

Klassificering efter egenskaperna hos epitaxialskiktet

·Homogen epitaxi:epitaxialskiktär detsamma som substratmaterialet, vilket bibehåller materialets konsistens och hjälper till att uppnå högkvalitativ produktstruktur och elektriska egenskaper.

·Heterogen epitaxi:epitaxialskiktskiljer sig från substratmaterialet. Genom att välja ett lämpligt substrat kan tillväxtförhållandena optimeras och applikationsområdet för materialet kan utvidgas, men de utmaningar som gitter -missanpassning och värmeutvidgningsskillnader måste övervinnas.

Klassificering efter enhetsposition

Positiv epitaxi: hänvisar till bildandet av ett epitaxialskikt på substratmaterialet under kristalltillväxt, och anordningen tillverkas på det epitaxiella skiktet.

Omvänd epitaxi: Till skillnad från positiv epitaxi tillverkas enheten direkt på underlaget, medan det epitaxiala skiktet bildas på enhetsstrukturen.

Applikationsskillnader: Tillämpningen av de två inom halvledartillverkning beror på de erforderliga materialegenskaperna och kraven på enhetsdesign, och var och en är lämplig för olika processflöden och tekniska krav.

Klassificering med Epitaxial Growth Method

· Direkt epitaxi är en metod för att använda uppvärmning, elektronbombardement eller externt elektriskt fält för att få de växande materialatomerna att få tillräckligt med energi och direkt migrera och avsätta på substratytan för att fullborda epitaxiell tillväxt, såsom vakuumavsättning, sputtering, sublimering, etc. Denna metod har dock strikta krav på utrustning. Filmens resistivitet och tjocklek har dålig repeterbarhet, så den har inte använts i kiselepitaxialproduktion.

· Indirekt epitaxi är användningen av kemiska reaktioner för att deponera och växa epitaxiella skikt på substratets yta, vilket i stor utsträckning kallas kemisk ångavsättning (CVD). Den tunna filmen som odlas av CVD är dock inte nödvändigtvis en enda produkt. Därför är det strängt taget endast CVD som växer en enda film som är epitaxiell tillväxt. Denna metod har enkel utrustning och de olika parametrarna i det epitaxiella lagret är lättare att kontrollera och har god repeterbarhet. För närvarande använder kiselepitaxial tillväxt huvudsakligen denna metod.

Andra kategorier

· Enligt metoden för att transportera atomer av epitaxiala material till substratet kan det delas upp i vakuumepitaxi, gasfasepitaxi, vätskefasepitaxi (LPE), etc.

· Enligt fasförändringsprocessen kan epitaxi delas upp igasfas epitaxi, vätskefas epitaxiochfastfas epitaxi.

Problem löses genom epitaxial process

· När kiselens epitaxial tillväxtteknologi började var det tiden då kisel högfrekventa och högeffektransistortillverkning stötte på svårigheter. Ur transistorprincipen, för att få hög frekvens och hög effekt, måste samlarens nedbrytningsspänning vara hög och seriemotståndet måste vara litet, det vill säga mättnadsspänningsfallet måste vara litet. Den förstnämnda kräver att resistiviteten hos samlarområdet är hög, medan det senare kräver att resistiviteten hos samlarområdet är lågt och de två är motsägelsefulla. Om seriemotståndet reduceras genom att tunna tjockleken på kollektorområdet, kommer kiselskivan att vara för tunn och ömtålig för att bearbetas. Om materialets resistivitet minskas kommer det att motsäga det första kravet. Epitaxial teknik har framgångsrikt löst denna svårighet.

Lösning:

· Odla ett epitaxiellt skikt med hög resistivitet på ett substrat med extremt låg resistivitet, och tillverka enheten på det epitaxiella skiktet. Det epitaxiella skiktet med hög resistivitet säkerställer att röret har en hög genombrottsspänning, medan substratet med låg resistivitet minskar substratets resistans och mättnadsspänningsfallet, vilket löser motsättningen mellan de två.

Dessutom har epitaxitekniker såsom ångfasepitaxi, vätskefasepitaxi, molekylstråleepitaxi och metallorganisk ångfasepitaxi av 1-V-familjen, 1-V-familjen och andra sammansatta halvledarmaterial såsom GaAs också utvecklats kraftigt och har blivit oumbärliga processteknologier för tillverkning av de flesta mikrovågs- ​​ochoptoelektroniska enheter.

I synnerhet den framgångsrika tillämpningen av molekylstråle ochmetall organisk ångafasepitaxi i ultratunna skikt, supergitter, kvantbrunnar, spända supergitter och tunna skiktepitaxi på atomnivå har lagt grunden för utvecklingen av ett nytt område av halvledarforskning, "bandteknik".

Egenskaper för epitaxiell tillväxt

(1) Hög (låg) resistensepitaxialskikt kan odlas epitaxiellt på låga (höga) resistensunderlag.

(2) N (p) Epitaxialskikt kan odlas på p (n) underlag för att direkt bilda PN -korsningar. Det finns inget kompensationsproblem när man gör PN -korsningar på enstaka underlag genom diffusion.

(3) I kombination med maskteknologi kan selektiv epitaxial tillväxt utföras i utsedda områden, vilket skapar förutsättningar för produktion av integrerade kretsar och enheter med speciella strukturer.

(4) Typen och koncentrationen av dopning kan ändras efter behov under epitaxiell tillväxt. Koncentrationsförändringen kan vara abrupt eller gradvis.

(5) Ultratunna skikt av heterogena, flerskiktiga, multikomponentföreningar med variabla komponenter kan odlas.

(6) Epitaxial tillväxt kan utföras vid en temperatur under materialets smältpunkt. Tillväxttakten är kontrollerbar och epitaxiell tillväxt av atomskalig tjocklek kan uppnås.

Krav på epitaxiell tillväxt

(1) Ytan ska vara plan och ljus, utan ytdefekter som ljusa fläckar, gropar, dimmfläckar och glidlinjer

(2) Bra kristallintegritet, låg dislokation och staplingsfeldensitet. Förkiselepitaxi, dislokationstätheten bör vara mindre än 1000/cm2, staplingsfeldensiteten bör vara mindre än 10/cm2, och ytan bör förbli ljus efter att ha korroderats av kromsyraetsningslösning.

(3) Bakgrundskoncentrationen av föroreningar i det epitaxiella lagret bör vara låg och mindre kompensation bör krävas. Råmaterialets renhet bör vara hög, systemet bör vara väl förseglat, miljön bör vara ren och operationen bör vara strikt för att undvika inkorporering av främmande föroreningar i det epitaxiala lagret.

(4) För heterogen epitaxi bör sammansättningen av epitaxialskiktet och substratet ändras plötsligt (förutom kravet på långsam sammansättningsförändring) och den ömsesidiga diffusionen av sammansättningen mellan epitaxialskiktet och substratet bör minimeras.

(5) Dopingkoncentrationen bör vara strikt kontrollerad och jämnt fördelad så att det epitaxiella skiktet har en enhetlig resistivitet som uppfyller kraven. Det krävs att resistiviteten hosepitaxiella wafersodlas i olika ugnar i samma ugn bör vara konsekvent.

(6) Tjockleken på det epitaxiella lagret bör uppfylla kraven, med god enhetlighet och repeterbarhet.

(7) Efter epitaxiell tillväxt på ett substrat med ett nedgrävt lager är förvrängningen av det nedgrävda lagret mycket liten.

(8) Diametern för den epitaxiella skivan bör vara så stor som möjligt för att underlätta massproduktion av enheter och minska kostnaderna.

(9) den termiska stabiliteten hossammansatt halvledare epitaxiallagerOch heterojunktionens epitaxy är bra.