Ce este procesul epitaxiei semiconductoare?

Este ideal pentru a construi circuite integrate sau dispozitive semiconductoare pe un strat de bază cristalin perfect. TheepitaxieProcesul (epi) în fabricarea semiconductoarelor urmărește depunerea unui strat monocristalin fin, de obicei de aproximativ 0,5 până la 20 de microni, pe un substrat monocristalin. Procesul de epitaxie este un pas important în fabricarea dispozitivelor semiconductoare, în special în fabricarea plăcilor de siliciu.

Procesul de epitaxie (epi) în fabricarea semiconductorilor

Prezentare generală a epitaxiei în producția de semiconductori

Ce este Procesul de epitaxie (epi) în fabricarea semiconductoarelor permite creșterea unui strat cristalin subțire într-o orientare dată deasupra unui substrat cristalin.

Scop În fabricarea semiconductorilor, scopul procesului de epitaxie este de a face transportul electronilor mai eficient prin dispozitiv. În construcția dispozitivelor semiconductoare sunt incluse straturi de epitaxie pentru a rafina și uniformiza structura.

Procesulepitaxieprocesul permite creșterea unor straturi epitaxiale de puritate mai mare pe un substrat din același material. În unele materiale semiconductoare, cum ar fi tranzistoarele bipolare cu heterojuncție (HBT) sau tranzistoarele cu efect de câmp semiconductor cu oxid de metal (MOSFET), procesul de epitaxie este utilizat pentru a crește un strat de material diferit de substrat. Procesul de epitaxie face posibilă creșterea unui strat dopat de densitate scăzută pe un strat de material puternic dopat.

Prezentare generală a procesului de epitaxie în fabricarea semiconductorilor

Ce este Procesul de epitaxie (epi) în fabricarea semiconductoarelor permite creșterea unui strat cristalin subțire într-o orientare dată deasupra unui substrat cristalin.

Scopul în fabricarea semiconductorilor, scopul procesului de epitaxie este de a face electronii transportați prin dispozitiv mai eficient. În construcția dispozitivelor semiconductoare sunt incluse straturi de epitaxie pentru a rafina și uniformiza structura.

Procesul de epitaxie permite creșterea unor straturi epitaxiale de puritate mai mare pe un substrat din același material. În unele materiale semiconductoare, cum ar fi tranzistoarele bipolare cu heterojuncție (HBT) sau tranzistoarele cu efect de câmp semiconductor cu oxid de metal (MOSFET), procesul de epitaxie este utilizat pentru a crește un strat de material diferit de substrat. Procesul de epitaxie face posibilă creșterea unui strat dopat cu densitate scăzută pe un strat de material puternic dopat.

Tipuri de procese epitaxiale în fabricarea semiconductorilor

În procesul epitaxial, direcția de creștere este determinată de cristalul substrat subiacent. În funcție de repetarea depunerii, pot exista unul sau mai multe straturi epitaxiale. Procesele epitaxiale pot fi utilizate pentru a forma straturi subțiri de material care este același sau diferit ca compoziție chimică și structură față de substratul de bază.

Două tipuri de procese Epi

CaracteristiciHomoepitaxia Heteroepitaxia

Straturi de creștere Stratul de creștere epitaxial este același material ca și stratul de substrat Stratul de creștere epitaxial este un material diferit de stratul de substrat

Structura cristalină și rețeaua Structura cristalină și constanta rețelei a substratului și a stratului epitaxial sunt aceleași Structura cristalină și constanta rețelei a substratului și a stratului epitaxial sunt diferite

Exemple Creșterea epitaxială a siliciului de înaltă puritate pe substrat de siliciu Creșterea epitaxială a arseniurii de galiu pe substrat de siliciu

Aplicații Structuri de dispozitive semiconductoare care necesită straturi de diferite niveluri de dopaj sau filme pure pe substraturi mai puțin pure Structuri de dispozitive semiconductoare care necesită straturi din diferite materiale sau construind filme cristaline din materiale care nu pot fi obținute ca monocristale

Două tipuri de procese epi

Caracteristici Homoepitaxia Heteroepitaxia

Stratul de creștere Stratul de creștere epitaxial este același material cu stratul de substrat Stratul de creștere epitaxial este un material diferit față de stratul de substrat

Structura cristalină și rețeaua Structura cristalină și constanta rețelei a substratului și a stratului epitaxial sunt aceleași Structura cristalină și constanta rețelei a substratului și a stratului epitaxial sunt diferite

Exemple Creșterea epitaxială a siliciului de înaltă puritate pe substrat de siliciu Creșterea epitaxială a arseniurii de galiu pe substrat de siliciu

Aplicații Structuri de dispozitive semiconductoare care necesită straturi de diferite niveluri de dopaj sau filme pure pe substraturi mai puțin pure Structuri de dispozitive semiconductoare care necesită straturi din diferite materiale sau construiesc filme cristaline din materiale care nu pot fi obținute ca monocristale

Factori care afectează procesele epitaxiale în fabricarea semiconductoarelor

Descrierea factorilor

Temperatura Afectează rata epitaxiei și densitatea stratului epitaxial. Temperatura necesară procesului de epitaxie este mai mare decât temperatura camerei și valoarea depinde de tipul de epitaxie.

Presiunea Afectează rata epitaxiei și densitatea stratului epitaxial.

Defecte Defectele epitaxiei duc la napolitane defecte. Condițiile fizice necesare procesului de epitaxie trebuie menținute pentru creșterea stratului epitaxial fără defecte.

Poziția dorită Procesul de epitaxie ar trebui să crească pe poziția corectă a cristalului. Zonele în care nu se dorește creșterea în timpul procesului ar trebui să fie acoperite corespunzător pentru a preveni creșterea.

Auto-dopaj Deoarece procesul de epitaxie se efectuează la temperaturi ridicate, atomii de dopanți pot fi capabili să provoace modificări în material.

Descrierea factorilor

Temperatura Afectează rata epitaxiei și densitatea stratului epitaxial. Temperatura necesară procesului epitaxial este mai mare decât temperatura camerei, iar valoarea depinde de tipul de epitaxie.

Presiunea afectează rata epitaxiei și densitatea stratului epitaxial.

Defecte Defectele epitaxiei duc la napolitane defecte. Condițiile fizice necesare procesului de epitaxie trebuie menținute pentru creșterea stratului epitaxial fără defecte.

Locația dorită Procesul de epitaxie ar trebui să crească în locația corectă a cristalului. Zonele în care nu se dorește creșterea în timpul acestui proces ar trebui să fie acoperite corespunzător pentru a preveni creșterea.

Auto-dopaj Deoarece procesul de epitaxie se efectuează la temperaturi ridicate, atomii de dopanți pot fi capabili să provoace modificări în material.

Densitatea și rata epitaxiale

Densitatea creșterii epitaxiale este numărul de atomi pe unitatea de volum de material din stratul de creștere epitaxial. Factori precum temperatura, presiunea și tipul de substrat semiconductor afectează creșterea epitaxială. În general, densitatea stratului epitaxial variază în funcție de factorii de mai sus. Viteza cu care crește stratul epitaxial se numește rata de epitaxie.

Dacă epitaxia este crescută în locația și orientarea corespunzătoare, rata de creștere va fi ridicată și invers. Similar cu densitatea stratului epitaxial, rata epitaxiei depinde, de asemenea, de factori fizici cum ar fi temperatura, presiunea și tipul de material al substratului.

Rata epitaxială crește la temperaturi ridicate și la presiuni scăzute. Rata de epitaxie depinde, de asemenea, de orientarea structurii substratului, de concentrația reactanților și de tehnica de creștere utilizată.

Metode de proces de epitaxie

Există mai multe metode de epitaxie:epitaxie în fază lichidă (LPE), epitaxie hibridă în fază de vapori, epitaxie în fază solidă,depunerea stratului atomic, depuneri chimice de vapori, epitaxia fasciculului molecular, etc. Să comparăm două procese de epitaxie: CVD și MBE.

Depunere chimică de vapori (CVD) Epitaxie cu fascicul molecular (MBE)

Proces chimic Proces fizic

Implica o reacție chimică care are loc atunci când un precursor de gaz se întâlnește cu un substrat încălzit într-o cameră de creștere sau într-un reactor. Materialul care trebuie depus este încălzit în condiții de vid

Controlul precis al procesului de creștere a filmului Controlul precis al grosimii și compoziției stratului crescut

Pentru aplicații care necesită straturi epitaxiale de înaltă calitate Pentru aplicații care necesită straturi epitaxiale extrem de fine

Metoda cea mai des folosită Metodă mai scumpă

Proces chimic Proces fizic

Implica o reacție chimică care are loc atunci când un precursor de gaz se întâlnește cu un substrat încălzit într-o cameră de creștere sau într-un reactor. Materialul care trebuie depus este încălzit în condiții de vid

Controlul precis al procesului de creștere a filmului subțire Controlul precis al grosimii și compoziției stratului crescut

Folosit în aplicații care necesită straturi epitaxiale de înaltă calitate Utilizat în aplicații care necesită straturi epitaxiale extrem de fine

Metoda cea mai des folosită Metodă mai scumpă

Procesul de epitaxie este critic în fabricarea semiconductorilor; optimizează performanţa de

dispozitive semiconductoare și circuite integrate. Este unul dintre principalele procese în fabricarea dispozitivelor semiconductoare care afectează calitatea, caracteristicile și performanța electrică a dispozitivului.