Tehnologia de preparare a epitaxiei cu silicon(Si).

Epitaxie cu silicon(Si).tehnologie de preparare

Ce este creșterea epitaxială?

· Materialele monocristal nu pot satisface nevoile producției în creștere a diferitelor dispozitive semiconductoare. La sfârşitul anului 1959, un strat subţire deun singur cristaltehnologia de creștere a materialului - a fost dezvoltată creșterea epitaxială.

Creșterea epitaxială înseamnă creșterea unui strat de material care îndeplinește cerințele pe un substrat monocristal care a fost prelucrat cu atenție prin tăiere, șlefuire și lustruire în anumite condiții. Deoarece stratul de produs unic crescut este o extensie a rețelei substratului, stratul de material crescut este numit strat epitaxial.

Clasificarea după proprietățile stratului epitaxial

·Epitaxie omogenă: Thestratul epitaxialeste același cu materialul substratului, care menține consistența materialului și ajută la obținerea unei structuri de înaltă calitate a produsului și a proprietăților electrice.

·Epitaxie eterogenă: Thestratul 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 substrat în timpul creșterii cristalelor, iar dispozitivul este realizat pe stratul epitaxial.

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

Diferențele de aplicare: Aplicarea celor două în fabricarea semiconductoarelor depinde de proprietățile materialelor necesare și de cerințele de proiectare a dispozitivului și fiecare este potrivit pentru diferite fluxuri de proces și cerințe tehnice.

Clasificarea prin metoda cresterii epitaxiale

· Epitaxia directă este o metodă de utilizare a încălzirii, bombardamentului electronic sau câmpului electric extern pentru a face ca atomii din materialul în creștere să obțină suficientă energie și să migreze și să se depună direct pe suprafața substratului pentru a finaliza creșterea epitaxială, cum ar fi depunerea în vid, pulverizarea, sublimarea etc. Cu toate acestea, această metodă are cerințe stricte privind echipamentul. Rezistivitatea și grosimea peliculei au o repetabilitate slabă, așa că nu a fost folosită în producția epitaxială de siliciu.

· Epitaxia indirectă este utilizarea reacțiilor chimice pentru a depune și a crește straturi epitaxiale pe suprafața substratului, care este numită în general depunere chimică în vapori (CVD). Cu toate acestea, pelicula subțire crescută de CVD nu este neapărat un singur produs. Prin urmare, strict vorbind, doar CVD care crește o singură peliculă este creșterea epitaxială. Această metodă are un echipament simplu, iar diverșii parametri ai stratului epitaxial sunt mai ușor de controlat și au o repetabilitate bună. În prezent, creșterea epitaxială de siliciu folosește în principal această metodă.

Alte categorii

· Conform metodei de transport a atomilor materialelor epitaxiale pe substrat, acesta poate fi împărțit în epitaxie în vid, epitaxie în fază 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 tranzistoarelor de înaltă frecvență și de mare putere a întâmpinat dificultăți. Din perspectiva principiului tranzistorului, pentru a obține o frecvență înaltă și o putere mare, tensiunea de defalcare a colectorului trebuie să fie mare, iar rezistența în serie trebuie să fie mică, adică scăderea tensiunii de saturație trebuie să fie mică. Primul necesită ca rezistivitatea materialului din zona colectorului să fie mare, în timp ce al doilea necesită ca rezistivitatea materialului din zona colectorului să fie scăzută, iar cele două sunt contradictorii. Dacă rezistența seriei este redusă prin subțierea grosimii materialului din zona colectorului, placa de siliciu va fi prea subțire și fragilă pentru a fi prelucrată. 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 fază de vapori, epitaxia în fază lichidă, epitaxia fasciculului molecular și epitaxia în fază de vapori a compusului organic metalic din familia 1-V, familia 1-V și alte materiale semiconductoare compuse, cum ar fi GaAs, au fost, de asemenea, dezvoltate foarte mult. și au devenit tehnologii de proces indispensabile pentru fabricarea celor mai multe cuptoare cu microunde șidispozitive optoelectronice.

În special, aplicarea cu succes a fasciculului molecular șivapori organici metaliciEpitaxia de fază în straturi ultra-subțiri, superrețele, puțuri cuantice, superrețele tensionate și epitaxia în strat subțire la nivel atomic a pus bazele dezvoltării unui nou domeniu de cercetare a semiconductorilor, „ingineria benzilor”.

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 dopajului pot fi modificate după cum este necesar în timpul creșterii epitaxiale. Modificarea concentrației poate fi bruscă sau graduală.

(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 creșterea epitaxială a grosimii la scară atomică.

Cerințe pentru creșterea epitaxială

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

(2) Integritate bună a cristalului, dislocare scăzută și densitate a erorilor de stivuire. Pentruepitaxie de siliciu, densitatea de dislocare ar trebui să fie mai mică de 1000/cm2, densitatea defectului de stivuire ar trebui să fie mai mică de 10/cm2, iar suprafața ar trebui să rămână strălucitoare după ce a fost corodata de soluția de gravare cu acid cromic.

(3) Concentrația de impurități de fond a stratului epitaxial ar trebui să fie scăzută și ar trebui să fie necesară o compensare mai mică. Puritatea materiei prime trebuie să fie ridicată, sistemul trebuie să fie bine sigilat, mediul trebuie să fie curat, iar operațiunea trebuie 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 denapolitane epitaxialecultivate în cuptoare diferite în același cuptor ar trebui să fie consistente.

(6) Grosimea stratului epitaxial trebuie 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 plachetei epitaxiale trebuie să fie cât mai mare posibil pentru a facilita producția în masă a dispozitivelor și pentru a reduce costurile.

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