Pii (Si) Epitaksian valmistustekniikka

Pii (Si) -epitaksivalmistustekniikka

Mikä on epitaksiaalinen kasvu?

· Yksikristallimateriaalit eivät yksin pysty vastaamaan erilaisten puolijohdelaitteiden kasvavan tuotannon tarpeita. Vuoden 1959 lopussa ohut kerrosyksi kristalliMateriaalin kasvutekniikka - Epitaksiaalikasvu kehitettiin.

Epitaksiaalisen kasvun on kasvattaa materiaalikerros, joka täyttää yhden kidesubstraatin vaatimukset, jotka on käsitelty huolellisesti leikkaamalla, hiomalla ja kiillottamalla tietyissä olosuhteissa. Koska kasvanut yhden tuotekerros on substraattihilan jatko, kasvanut materiaalikerrokset kutsutaan epitaksiaalikerrokseksi.

Luokittelu epitaksiaalikerroksen ominaisuuksien mukaan

·Homogeneous epitaxy:epitaksiaalinen kerroson sama kuin substraattimateriaali, joka ylläpitää materiaalin konsistenssia ja auttaa saavuttamaan korkealaatuisen tuoterakenteen ja sähköiset ominaisuudet.

·Heterogeeninen epitaksi:epitaksiaalinen kerroson erilainen kuin substraattimateriaali. Valitsemalla sopivan substraatin, kasvuolosuhteet voidaan optimoida ja materiaalin käyttöaluetta voidaan laajentaa, mutta hilan epäsuhta ja lämmön laajennuserot on voitettava.

Luokittelu laitteen sijainnin mukaan

Positiivinen epitaksi: viittaa epitaksiaalikerroksen muodostumiseen substraattimateriaaliin kidekasvun aikana, ja laite tehdään epitaksiaalikerroksella.

Käänteinen epitaksia: Toisin kuin positiivinen epitaksia, laite valmistetaan suoraan substraatille, kun taas epitaksiaalinen kerros muodostetaan laitteen rakenteeseen.

Sovelluserot: Näiden kahden soveltaminen puolijohteiden valmistukseen riippuu vaadituista materiaalien ominaisuuksista ja laitteen suunnitteluvaatimuksista, ja kukin soveltuu erilaisiin prosessivirtoihin ja teknisiin vaatimuksiin.

Luokittelu epitaksiaalisella kasvumenetelmällä

· Suora epitaksi on menetelmä lämmityksen, elektronipommitusten tai ulkoisen sähkökentän käytöstä, jotta kasvavat materiaaliatomit saavat riittävästi energiaa ja siirtyvät suoraan ja kerrostuvat substraatin pinnalle täydellisen epitaksiaalisen kasvun, kuten tyhjiön laskeutumisen, ruiskuttamisen, sublimaation jne. . Kalvon resistiivisyydellä ja paksuudella on huono toistettavuus, joten sitä ei ole käytetty piin epitaksiaalituotannossa.

· Epäsuora epitaksi on kemiallisten reaktioiden käyttöä epitaksiaalisten kerrosten kerrostamiseksi ja kasvattamiseksi substraatin pinnalle, jota kutsutaan yleisesti kemialliseksi höyrysaostukseksi (CVD). CVD:llä kasvatettu ohutkalvo ei kuitenkaan välttämättä ole yksittäinen tuote. Siksi tarkalleen ottaen vain CVD, joka kasvattaa yhden kalvon, on epitaksiaalista kasvua. Tällä menetelmällä on yksinkertainen laitteisto, ja epitaksiaalikerroksen eri parametrit ovat helpompia hallita ja niillä on hyvä toistettavuus. Tällä hetkellä piin epitaksiaalinen kasvu käyttää pääasiassa tätä menetelmää.

Muut luokat

· Epitaksisten materiaalien atomien substraattiin kuljettamismenetelmän mukaan se voidaan jakaa tyhjiöepitaksiaan, kaasufaasiepitaksiaan, nestefaasiepitaksiaan (LPE) jne.

·Faasimuutosprosessin mukaan epitaksia voidaan jakaakaasufaasi epitaksi, nestefaasi epitaksia, jakiinteän vaiheen epitaksi.

Problems solved by epitaxial process

· Kun piin epitaksiaalinen kasvutekniikka alkoi, se oli aika, jolloin piin korkeataajuus ja suuritehoiset transistorin valmistukset kohtasivat vaikeuksia. Transistorin periaatteen näkökulmasta korkean taajuuden ja suuren tehon saamiseksi keräilijän jakautumisen jännitteen on oltava korkea ja sarjankestävyyden on oltava pieni, ts. Kyllyysjännitepisaran on oltava pieni. Ensimmäinen edellyttää, että keräilyalueen materiaalin resistiivisyys on korkea, kun taas jälkimmäinen vaatii kollektorin pinta -alan materiaalin resistiivisyyden olevan alhainen ja nämä kaksi ovat ristiriitaisia. Jos sarjankestävyyttä vähenee ohentamalla kollektorien pinta -alan materiaalin paksuutta, piikiekko on liian ohut ja hauras käsitelläkseen. Jos materiaalin resistiivisyys vähenee, se on ristiriidassa ensimmäisen vaatimuksen kanssa. Epitaksiaalitekniikka on onnistuneesti ratkaissut tämän vaikeuden.

Ratkaisu:

· Kasvata korkearesistanssinen epitaksiaalinen kerros alustalle, jolla on erittäin pieni ominaisvastus, ja valmista laite epitaksiaaliselle kerrokselle. Suuriresistanssinen epitaksiaalinen kerros varmistaa, että putkessa on korkea läpilyöntijännite, kun taas pieniresistanssinen substraatti vähentää substraatin resistanssia ja kyllästysjännitteen pudotusta, mikä ratkaisee näiden kahden välisen ristiriidan.

Lisäksi 1-V-perheen, 1-V-perheen ja muiden yhdistepuolijohdemateriaalien, kuten GaA:iden, epitaksiaalisia tekniikoita, kuten höyryfaasiepitaksia, nestefaasiepitaksia, molekyylisädeepitaksia ja metalliorgaanisten yhdisteiden höyryfaasiepitaksia, on myös kehitetty suuresti. ja niistä on tullut korvaamattomia prosessiteknologioita useimpien mikroaaltouunien ja mikroaaltouunien valmistukseenOptoelektroniset laitteet.

Erityisesti molekyylisäteen onnistunut soveltaminen jametalliorgaaninen höyryVaihekaappi ultra-ohuissa kerroksissa, superlattiesissa, kvanttikaivoissa, kireissä superlattices- ja atomitason ohuissa kerroksen epitaksissa on luonut perustan uuden puolijohdetutkimuksen "Band Engineering" -kentän kehittämiselle.

Epitaksiaalisen kasvun ominaisuudet

(1) Korkean (pienen) resistanssin epitaksikerroksia voidaan kasvattaa epitaksiaalisesti matalan (korkean) resistanssin substraateilla.

(2) N(P) epitaxial layers can be grown on P(N) substrates to directly form PN junctions. There is no compensation problem when making PN junctions on single substrates by diffusion.

(3) Yhdistettynä maskitekniikkaan selektiivinen epitaksiaalinen kasvu voidaan suorittaa nimetyillä alueilla, jolloin saadaan olosuhteet integroiduiden piirien ja laitteiden tuottamiseksi erityisrakenteilla.

(4) Dopingin tyyppi ja pitoisuus voidaan muuttaa tarpeen mukaan epitaksiaalisen kasvun aikana. Keskittymismuutos voi olla äkillinen tai asteittainen.

(5) ultra-ohut kerros heterogeenisiä, monikerroksisia, monikomponentteja yhdisteitä, joissa on muuttuvia komponentteja, voidaan kasvattaa.

(6) Epitaksiaalinen kasvu voidaan suorittaa lämpötilassa materiaalin sulamispisteen alapuolella. Kasvunopeus on hallittavissa, ja atomien mittakaavan paksuuden epitaksiaalinen kasvu voidaan saavuttaa.

Epitaksiaalisen kasvun vaatimukset

(1) Pinnan tulee olla tasainen ja kirkas, ilman pintavirheitä, kuten kirkkaita pisteitä, kuoppia, sumutahroja ja liukastumisviivoja

(2) Hyvä kristallin eheys, alhainen dislokaatio ja pinoaminen vikatiheys. Puolestasilikoni epitaksi, dislokaatiotiheyden tulee olla alle 1000/cm2, pinoamisvirhetiheyden tulee olla alle 10/cm2 ja pinnan tulee pysyä kirkkaana kromihappoetsausliuoksen syöpymisen jälkeen.

(3) Epitaksiaalikerroksen taustaepäpuhtauspitoisuuden tulisi olla alhainen ja kompensaatiota tulisi vaatia vähemmän. Raaka-aineen puhtauden tulee olla korkea, järjestelmän tulee olla hyvin tiivis, ympäristön tulee olla puhdas ja toiminnan tulee olla tiukkaa, jotta vältetään vieraiden epäpuhtauksien joutuminen epitaksiaaliseen kerrokseen.

(4) Heterogeenisen epitaksin osalta epitaksiaalikerroksen ja substraatin koostumus tulisi muuttua yhtäkkiä (lukuun ottamatta hitaan koostumuksen muutoksen vaatimusta) ja epitaksiaalikerroksen ja substraatin välisen koostumuksen keskinäinen diffuusio on minimoitava.

(5) Doping -pitoisuutta tulisi hallita tiukasti ja jakautuu tasaisesti siten, että epitaksiaalikerroksella on tasainen resistiivisyys, joka täyttää vaatimukset. Vaaditaan, että resistiivisyysepitaksiaaliset kiekotSaman uunin eri uunien kasvatettujen tulisi olla yhdenmukaisia.

(6) The thickness of the epitaxial layer should meet the requirements, with good uniformity and repeatability.

(7) After epitaxial growth on a substrate with a buried layer, the buried layer pattern distortion is very small.

(8) Epitaksiaalisen kiekon halkaisijan tulisi olla mahdollisimman suuri laitteiden massatuotannon helpottamiseksi ja kustannusten vähentämiseksi.

(9) Lämpöstabiilisuusyhdistepuolijohdeepitaksiaaliset kerroksetja heterojunction epitaksi on hyvä.