Silicio (Si) epitaksijos paruošimo technologija

Silicio (Si) epitaksijaparuošimo technologija

Kas yra epitaksinis augimas?

· Vien kristalinės medžiagos negali patenkinti augančios įvairių puslaidininkinių prietaisų gamybos poreikių. 1959 metų pabaigoje plonas sluoksnis išvieno kristalomedžiagų auginimo technologija – sukurtas epitaksinis augimas.

Epitaksinis augimas – tai reikalavimus atitinkančio medžiagos sluoksnio užauginimas ant vieno kristalo pagrindo, kuris buvo kruopščiai apdorotas pjaustant, šlifuojant ir poliruojant tam tikromis sąlygomis. Kadangi išaugintas vieno produkto sluoksnis yra substrato gardelės tęsinys, išaugintos medžiagos sluoksnis vadinamas epitaksiniu sluoksniu.

Klasifikavimas pagal epitaksinio sluoksnio savybes

·Homogeninė epitaksija:epitaksinis sluoksnisyra tokia pati kaip pagrindo medžiaga, kuri palaiko medžiagos konsistenciją ir padeda pasiekti kokybišką gaminio struktūrą bei elektrines savybes.

·Heterogeninė epitaksija:epitaksinis sluoksnisskiriasi nuo pagrindo medžiagos. Pasirinkus tinkamą substratą, galima optimizuoti augimo sąlygas ir išplėsti medžiagos panaudojimo sritį, tačiau reikia įveikti iššūkius, kylančius dėl grotelių neatitikimo ir šiluminio plėtimosi skirtumų.

Klasifikavimas pagal įrenginio padėtį

Teigiama epitaksija: reiškia epitaksinio sluoksnio susidarymą ant substrato medžiagos kristalų augimo metu, o prietaisas pagamintas ant epitaksinio sluoksnio.

Atvirkštinė epitaksija: priešingai nei teigiama epitaksija, prietaisas gaminamas tiesiai ant pagrindo, o epitaksinis sluoksnis formuojamas ant įrenginio struktūros.

Taikymo skirtumai: šių dviejų taikymas puslaidininkių gamyboje priklauso nuo reikalingų medžiagų savybių ir įrenginio projektavimo reikalavimų, ir kiekvienas iš jų tinka skirtingiems proceso srautams ir techniniams reikalavimams.

Klasifikacija pagal epitaksinio augimo metodą

· Tiesioginė epitaksija – tai kaitinimo, elektronų bombardavimo ar išorinio elektrinio lauko naudojimo būdas, kad augančios medžiagos atomai gautų pakankamai energijos ir tiesiogiai migruotų bei nusėda ant substrato paviršiaus, kad būtų užbaigtas epitaksinis augimas, pvz., vakuuminis nusodinimas, purškimas, sublimacija ir kt. Tačiau šis metodas turi griežtus reikalavimus įrangai. Plėvelės varža ir storis yra prastai pakartojami, todėl ji nebuvo naudojama silicio epitaksinėje gamyboje.

· Netiesioginė epitaksija – tai cheminių reakcijų naudojimas epitaksiniams sluoksniams nusodinti ir išauginti ant substrato paviršiaus, kuris plačiai vadinamas cheminiu garų nusodinimu (CVD). Tačiau plona plėvelė, užauginta CVD, nebūtinai yra vienas produktas. Todėl, griežtai tariant, tik CVD, kuris išauga vieną plėvelę, yra epitaksinis augimas. Šis metodas turi paprastą įrangą, o įvairūs epitaksinio sluoksnio parametrai yra lengviau valdomi ir pasižymi geru pakartojamumu. Šiuo metu silicio epitaksiniam augimui daugiausia naudojamas šis metodas.

Kitos kategorijos

·Pagal epitaksinių medžiagų atomų transportavimo į substratą metodą, jį galima suskirstyti į vakuuminį epitaksiją, dujinės fazės epitaksiją, skystosios fazės epitaksiją (LPE) ir kt.

·Pagal fazių kaitos procesą epitaksiją galima skirstyti įdujų fazės epitaksija, skystos fazės epitaksija, irkietosios fazės epitaksė.

Problemos išspręstos epitaksiniu procesu

· Kai prasidėjo silicio epitaksinio augimo technologija, tai buvo laikas, kai silicio aukšto dažnio ir didelės galios tranzistorių gamyba susidūrė su sunkumais. Tranzistoriaus principo požiūriu, norint gauti aukštą dažnį ir didelę galią, kolektoriaus gedimo įtampa turi būti aukšta, o serijos varža turi būti maža, tai yra, soties įtampos kritimas turi būti mažas. Pirmasis reikalauja, kad kolektoriaus ploto medžiagos savitoji varža būtų didelė, o antroji reikalauja, kad kolektoriaus ploto medžiagos savitoji varža būtų maža, ir šios dvi prieštarauja. Jei serijinis pasipriešinimas sumažinamas retinant kolektoriaus ploto medžiagos storį, silicio plokštelė bus per plona ir trapi, kad ją būtų galima apdoroti. Jei medžiagos savitoji varža bus sumažinta, tai prieštaraus pirmajam reikalavimui. Epitaksinė technologija sėkmingai išsprendė šį sunkumą.

Sprendimas:

· Užauginkite didelės varžos epitaksinį sluoksnį ant itin mažos varžos pagrindo ir gaminkite įrenginį ant epitaksinio sluoksnio. Didelės varžos epitaksinis sluoksnis užtikrina, kad vamzdis turi didelę gedimo įtampą, o mažos varžos substratas sumažina pagrindo varžą ir soties įtampos kritimą, taip išsprendžiant prieštaravimą tarp jų.

Be to, taip pat buvo labai išplėtotos epitaksinės technologijos, tokios kaip garų fazės epitaksė, skystosios fazės epitaksija, molekulinio pluošto epitaksija ir metalo organinių junginių garų fazės epitaksė 1-V šeimos, 1-V šeimos ir kitos sudėtinės puslaidininkinės medžiagos, tokios kaip GaAs. ir tapo nepakeičiamomis proceso technologijomis gaminant daugumą mikrobangų iroptoelektroniniai prietaisai.

Visų pirma, sėkmingas molekulinio pluošto pritaikymas irmetalo organiniai garaifazinė epitaksija itin plonuose sluoksniuose, supergardelėse, kvantiniuose šuliniuose, įtemptose supergardelėse ir atominio lygmens plono sluoksnio epitaksija padėjo pagrindą naujos puslaidininkių tyrimų srities – „juostos inžinerijos“ – plėtrai.

Epitaksinio augimo ypatybės

(1) Didelio (mažo) atsparumo epitaksiniai sluoksniai gali būti auginami epitaksiškai ant mažo (didelio) atsparumo substratų.

(2) N (P) epitaksiniai sluoksniai gali būti auginami ant P (N) substratų, kad būtų tiesiogiai sudarytos PN jungtys. Atliekant PN jungtis ant atskirų pagrindų difuzijos būdu, kompensavimo problemų nėra.

(3) Derinant su kaukių technologija, selektyvi epitaksinė plėtra gali būti atliekama tam skirtose vietose, sukuriant sąlygas gaminti integrinius grandynus ir specialios struktūros įrenginius.

(4) Dopingo tipas ir koncentracija gali būti keičiami, kai reikia epitaksinio augimo metu. Koncentracijos pokytis gali būti staigus arba laipsniškas.

(5) Galima auginti itin plonus nevienalyčių, daugiasluoksnių, daugiakomponentių junginių su kintamomis sudedamosiomis dalimis sluoksnius.

(6) Epitaksinis augimas gali būti atliekamas žemesnėje nei medžiagos lydymosi temperatūra. Augimo greitis yra kontroliuojamas ir galima pasiekti epitaksinį atominio masto storio augimą.

Reikalavimai epitaksiniam augimui

(1) Paviršius turi būti lygus ir šviesus, be paviršiaus defektų, tokių kaip ryškios dėmės, duobės, rūko dėmės ir slydimo linijos

(2) Geras kristalų vientisumas, mažas išnirimas ir sukrovimo gedimų tankis. Dėlsilicio epitaksija, dislokacijos tankis turi būti mažesnis nei 1000/cm2, krovimo defekto tankis turi būti mažesnis nei 10/cm2, o paviršius turi išlikti šviesus po korozijos chromo rūgšties ėsdinimo tirpalu.

(3) Fono priemaišų koncentracija epitaksiniame sluoksnyje turėtų būti maža ir turėtų būti reikalaujama mažesnės kompensacijos. Žaliavos grynumas turi būti aukštas, sistema turi būti gerai sandari, aplinka turi būti švari, o operacija turi būti griežta, kad į epitaksinį sluoksnį nepatektų pašalinių priemaišų.

(4) Dėl nevienalytės epitaksijos epitaksinio sluoksnio ir substrato sudėtis turėtų pasikeisti staiga (išskyrus reikalavimą lėtai keisti sudėtį), o abipusė kompozicijos difuzija tarp epitaksinio sluoksnio ir substrato turėtų būti sumažinta.

(5) Dopingo koncentracija turi būti griežtai kontroliuojama ir tolygiai paskirstyta, kad epitaksinio sluoksnio varža būtų vienoda, atitinkanti reikalavimus. Reikalaujama, kad varža būtųepitaksinės plokštelėsauginami skirtingose ​​krosnyse toje pačioje krosnyje turėtų būti nuoseklūs.

(6) Epitaksinio sluoksnio storis turi atitikti reikalavimus, turėti gerą vienodumą ir pakartojamumą.

(7) Po epitaksinio augimo ant substrato su užkastu sluoksniu, palaidoto sluoksnio rašto iškraipymas yra labai mažas.

(8) Epitaksinės plokštelės skersmuo turėtų būti kuo didesnis, kad būtų palengvinta masinė prietaisų gamyba ir sumažintos sąnaudos.

(9) terminis stabilumassudėtiniai puslaidininkiniai epitaksiniai sluoksniaio heterojunkcinė epitaksija yra gera.