Tehnologia de preparare a epitaxiei cu silicon(Si).

Epitaxie cu silicon(Si).tehnologie de preparare

Ce este creșterea epitaxială?

· Materialele cu un singur cristal nu pot răspunde nevoilor producției în creștere a diferitelor dispozitive semiconductoare. La sfârșitul anului 1959, un strat subțire deun singur cristalTehnologia creșterii materialelor - Creșterea epitaxială a fost dezvoltată.

Creșterea epitaxială este de a crește un strat de material care îndeplinește cerințele pe un singur substrat de cristal care a fost procesat cu atenție prin tăierea, șlefuirea și lustruirea în anumite condiții. Deoarece stratul de produs unic crescut este o extensie a rețelei de substrat, stratul de material cultivat se numește strat epitaxial.

Clasificarea după proprietățile stratului epitaxial

·Epitaxie omogenă: Thestrat epitaxialeste același cu materialul de substrat, care menține consistența materialului și ajută la realizarea structurii produsului de înaltă calitate și a proprietăților electrice.

·Epitaxie eterogenă: Thestrat epitaxialeste diferit de materialul substratului. Prin selectarea unui substrat adecvat, condițiile de creștere pot fi optimizate și domeniul de aplicare a materialului poate fi extins, dar provocările aduse de nepotrivirea rețelei și diferențele de dilatare termică trebuie depășite.

Clasificare după poziţia dispozitivului

Epitaxie pozitivă: se referă la formarea unui strat epitaxial pe materialul de substrat în timpul creșterii cristalului, iar dispozitivul este realizat pe stratul epitaxial.

Epitaxie inversă: Spre deosebire de epitaxia pozitivă, dispozitivul este fabricat direct pe substrat, în timp ce stratul epitaxial este format pe structura dispozitivului.

Diferențe de aplicare: Aplicarea celor doi în fabricarea semiconductorilor depinde de proprietățile materialelor necesare și de cerințele de proiectare a dispozitivului și fiecare este potrivită pentru diferite fluxuri de proces și cerințe tehnice.

Clasificarea prin metoda de creștere epitaxială

· Epitaxia directă este o metodă de utilizare a încălzirii, a bombardamentului cu electroni sau a câmpului electric extern pentru ca atomii de material în creștere să obțină suficientă energie și să migreze direct și să depună pe suprafața substratului pentru a finaliza creșterea epitaxială, cum ar fi depunerea în vid, sputtering, sublimare, etc. . Rezistivitatea și grosimea filmului au o repetabilitate slabă, deci nu a fost utilizată în producția epitaxială de siliciu.

· Epitaxia indirectă este utilizarea reacțiilor chimice pentru a depune și crește straturi epitaxiale pe suprafața substratului, care se numește pe scară largă depunere de vapori chimici (CVD). Cu toate acestea, filmul subțire cultivat de CVD nu este neapărat un singur produs. Prin urmare, strict vorbind, doar BCV care crește un singur film este creșterea epitaxială. Această metodă are echipamente simple, iar diferiții parametri ai stratului epitaxial sunt mai ușor de controlat și au o repetabilitate bună. În prezent, creșterea epitaxială a siliciului folosește în principal această metodă.

Alte categorii

· Conform metodei de transport a atomilor de materiale epitaxiale la substrat, acesta poate fi împărțit în epitaxie în vid, epitaxie în faza gazoasă, epitaxie în fază lichidă (LPE), etc.

· Conform procesului de schimbare de fază, epitaxia poate fi împărțită înEpitaxie în fază gazoasă, Epitaxie în fază lichidă, șiepitaxie în fază solidă.

Probleme rezolvate prin proces epitaxial

· Când a început tehnologia de creștere epitaxială a siliciului, a fost momentul în care fabricarea tranzistorului de înaltă frecvență și de înaltă putere de mare putere a întâmpinat dificultăți. Din perspectiva principiului tranzistorului, pentru a obține o frecvență ridicată și o putere ridicată, tensiunea de descompunere a colectorului trebuie să fie ridicată, iar rezistența la serie trebuie să fie mică, adică căderea tensiunii de saturație trebuie să fie mică. Prima necesită ca rezistivitatea materialului din zona colectorului să fie ridicată, în timp ce cea de -a doua necesită ca rezistivitatea materialului din zona colectorului să fie scăzută, iar cele două sunt contradictorii. Dacă rezistența la serie este redusă prin subțierea grosimii materialului din zona colectorului, placa de siliciu va fi prea subțire și fragilă pentru a fi procesată. Dacă rezistivitatea materialului este redusă, aceasta va contrazice prima cerință. Tehnologia epitaxială a rezolvat cu succes această dificultate.

Soluţie:

· Creșteți un strat epitaxial de înaltă rezistivitate pe un substrat cu rezistivitate extrem de scăzută și fabricați dispozitivul pe stratul epitaxial. Stratul epitaxial de înaltă rezistivitate asigură că tubul are o tensiune mare de rupere, în timp ce substratul cu rezistivitate scăzută reduce rezistența substratului și scăderea tensiunii de saturație, rezolvând astfel contradicția dintre cele două.

În plus, tehnologiile epitaxiale, cum ar fi epitaxia în faza de vapori, epitaxia în fază lichidă, epitaxia cu fascicul molecular și epitaxia fazelor de vapori compuse organice metalice ale familiei de 1-V, a familiei 1-V și a altor materiale semiconductoare compuse, cum ar fi GaAs, au fost, de asemenea, foarte dezvoltate și au devenit tehnologii de proces indispensabile pentru fabricarea majorității microundelor șiDispozitive optoelectronice.

În special, aplicarea cu succes a fasciculului molecular șivapori organici metaliciEpitaxia de fază în straturi ultra-subțiri, superlate, puțuri cuantice, superlate încordate și epitaxie cu strat subțire la nivel atomic a pus bazele dezvoltării unui nou domeniu de cercetare cu semiconductor, „Band Engineering”.

Caracteristicile creșterii epitaxiale

(1) Straturile epitaxiale cu rezistență ridicată (scăzută) pot fi cultivate epitaxial pe substraturi cu rezistență scăzută (înaltă).

(2) Straturile epitaxiale N(P) pot fi crescute pe substraturi P(N) pentru a forma direct joncțiuni PN. Nu există nicio problemă de compensare la realizarea joncțiunilor PN pe substraturi unice prin difuzie.

(3) Combinată cu tehnologia măștii, creșterea epitaxială selectivă poate fi realizată în zone desemnate, creând condiții pentru producerea de circuite integrate și dispozitive cu structuri speciale.

(4) Tipul și concentrația de dopaj pot fi modificate după cum este necesar în timpul creșterii epitaxiale. Schimbarea de concentrare poate fi bruscă sau treptată.

(5) Pot fi cultivate straturi ultra-subțiri de compuși eterogene, multistratificati, multicomponente cu componente variabile.

(6) Creșterea epitaxială poate fi efectuată la o temperatură sub punctul de topire al materialului. Rata de creștere este controlabilă și se poate obține o creștere epitaxială a grosimii la scară atomică.

Cerințe pentru creșterea epitaxială

(1) Suprafața trebuie să fie plană și strălucitoare, fără defecte de suprafață, cum ar fi pete strălucitoare, gropi, pete de ceață și linii de alunecare

(2) o bună integritate a cristalului, dislocare scăzută și densitate de defecțiune de stivuire. PentruEpitaxie de siliciu, densitatea de dislocare ar trebui să fie mai mică de 1000/cm2, densitatea defecțiunii de stivuire ar trebui să fie mai mică de 10/cm2, iar suprafața ar trebui să rămână strălucitoare după ce a fost corodată de soluția de gravare a acidului cromic.

(3) Concentrația de impuritate de fond a stratului epitaxial ar trebui să fie scăzută și ar trebui să fie necesară o compensație mai mică. Puritatea materiei prime ar trebui să fie ridicată, sistemul ar trebui să fie bine sigilat, mediul ar trebui să fie curat, iar operația ar trebui să fie strictă pentru a evita încorporarea impurităților străine în stratul epitaxial.

(4) Pentru epitaxia eterogenă, compoziția stratului epitaxial și a substratului ar trebui să se schimbe brusc (cu excepția cerinței de modificare lentă a compoziției) și difuzia reciprocă a compoziției între stratul epitaxial și substrat ar trebui să fie redusă la minimum.

(5) Concentrația de dopaj trebuie să fie strict controlată și distribuită uniform, astfel încât stratul epitaxial să aibă o rezistivitate uniformă care să îndeplinească cerințele. Se cere ca rezistivitatea deNapole epitaxialeCultivat în diferite cuptoare din același cuptor ar trebui să fie consecvent.

(6) Grosimea stratului epitaxial ar trebui să îndeplinească cerințele, cu o bună uniformitate și repetabilitate.

(7) După creșterea epitaxială pe un substrat cu un strat îngropat, distorsiunea modelului stratului îngropat este foarte mică.

(8) Diametrul plafonului epitaxial ar trebui să fie cât mai mare posibil pentru a facilita producerea în masă a dispozitivelor și a reduce costurile.

(9) Stabilitatea termică astraturi epitaxiale semiconductoare compuseȘi epitaxia heterojuncției este bună.