Mikä on epitaksiaalinen prosessi?

Katsaus epitaksiaalisiin prosesseihin

Termi "epitaksi" johtuu kreikkalaisista sanoista "epi", joka tarkoittaa "päällä" ja "taksit", tarkoittaen "järjestettyjä", joka osoittaa kiteisen kasvun tilatun luonteen. Epitaxy on ratkaiseva prosessi puolijohteiden valmistuksessa viitaten ohuen kiteisen kerroksen kasvuun kiteisessä substraatissa. Puolijohteiden valmistuksen epitaksi (EPI) pyrkii kerrosttamaan hienon kerroksen yksikiteistä, yleensä noin 0,5 - 20 mikronia, yhdellä kidesubstraatilla. EPI -prosessi on merkittävä askel puolijohdelaitteiden valmistuksessa, etenkinpii -kiekkovalmistus.

Epitaxy mahdollistaa tiettyjen elektronisten ominaisuuksien räätälöidyn ohutkalvojen kerrostumisen. Tämä prosessi on välttämätön korkealaatuisten puolijohdelaitteiden, kuten diodien, transistorien ja integroitujen piirien, luomiseksi.

Epitaksityypit

Epitaksiprosessissa kasvun suunta määritetään taustalla olevalla emäkiteellä.  Laskeutumisen toistosta riippuen voi olla joko yksi tai monia epitaksikerroksia. Epitaksiprosessia voidaan käyttää ohuen materiaalikerroksen muodostamiseksi, joka voi olla joko sama tai erilainen kuin alla oleva substraatti kemiallisen koostumuksen ja rakenteen suhteen. Epitaksi voidaan luokitella kahteen ensisijaiseen luokkaan substraatin ja epitaksiaalikerroksen välisen suhteen perusteella:HomoepitaksijaHeteroepitaksi.

Seuraavaksi analysoimme eroja homoepitaksian ja heteroepitaksian välillä neljästä ulottuvuudesta: kasvanut kerros, kiderakenne ja hila, esimerkki ja sovellus:

● homoepitaksi- Tämä tapahtuu, kun epitaksiaalikerros on valmistettu samasta materiaalista kuin substraatti.

✔ kasvanut kerros: Epitaksiaalisesti kasvatettu kerros on sama materiaali kuin substraattikerros.

✔ Kristallirakenne ja hila: Substraatin ja epitaksiaalikerroksen kiderakenne ja hilavakio ovat samat.

✔ Esimerkki: Erittäin puhtaan piin epitaksiaalinen kasvu substraatin piin yli.

✔ Sovellus: Puolijohteen laitteen rakenne, jossa vaaditaan erilaisia ​​doping -tasoja tai puhdasta kalvoa substraateilla, jotka ovat vähemmän puhtaita.

● Heteroepitaksi: Tähän sisältyy kerros- ja substraattiin käytettyjä erilaisia ​​materiaaleja, kuten kasvavaa alumiinia gallium -arsenidia (AlgaAs) gallium -arsenidilla (GAAS). Menestyvä heteroepitaksi vaatii samanlaisia ​​kiderakenteita kahden materiaalin välillä vikojen minimoimiseksi.

✔ kasvanut kerros: Epitaksiaalisesti kasvatettu kerros on erilainen materiaali kuin substraattikerros.

✔ Kristallirakenne ja hila: Substraatin ja epitaksiaalikerroksen kiderakenne ja hilavakio ovat erilaisia.

✔ Esimerkki: Epitaksiaalisesti kasvava gallium -arsenidi pii -substraatilla.

✔ Sovellus: Puolijohdelaitteiden rakenne, jossa tarvitaan eri materiaalien kerroksia tai rakentaa kiteinen kalvo materiaalista, jota ei ole saatavana yhtenä kristallina.

EPI -prosessiin vaikuttavat tekijät puolijohteiden valmistuksessa:

✔ Lämpötila: Vaikuttaa epitaksinopeuteen ja epitaksiaalikerroksen tiheyteen. Epitaksiprosessille tarvittava lämpötila on korkeampi kuin huoneenlämpötila, ja arvo riippuu epitaksityypistä.

✔ Paine: Vaikuttaa epitaksinopeuteen ja epitaksiaalikerroksen tiheyteen.

✔ Viat: Epitaksin viat johtavat viallisiin kiekkoihin. EPI-prosessin vaadittavat fyysiset olosuhteet tulisi ylläpitää ei-virheellisestä epitaksiaalikerroksen kasvusta.

✔ Haluttu asema: Epitaksiaalisen kasvun tulisi olla kristallin oikeassa asennossa. Alueet, jotka olisi jätettävä epitaksiaaliprosessin ulkopuolelle, tulisi kuvata asianmukaisesti kasvun estämiseksi.

✔ Autodoping: Koska epitaksiprosessi suoritetaan korkeissa lämpötiloissa, lisäatot voivat kyetä tuottamaan materiaalin vaihtelut.

Epitaksiaalikasvutekniikat

Epitaksiprosessin suorittamiseksi on useita menetelmiä: nestemäisen faasin epitaksi, hybridi -höyryn faasin epitaksi, kiinteän vaiheen epitaksi, atomikerroksen kerrostuminen, kemiallinen höyryn laskeutuminen, molekyylisäteen epitaksi jne. Vertaamme kahta epitaksiprosessia: CVD ja MBE.

Epitaksiaalikasvutilat

Epitaksian kasvutilat: Epitaksiaalinen kasvu voi tapahtua eri moodien avulla, jotka vaikuttavat siihen, miten kerrokset muodostuvat:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): Karakterisoitu kolmiulotteisella saaren kasvulla, jossa ydin tapahtuu ennen jatkuvaa kalvon muodostumista.

✔ (b)Frank-Van der Merwe (FM): Sisältää kerroskerroksista kasvun, tasaisen paksuuden edistämisen.

✔ (C) Sivukrastans (SK): VW: n ja FM: n yhdistelmä, joka alkaa kerroksen kasvusta, joka siirtyy saaren muodostumiseen kriittisen paksuuden saavuttamisen jälkeen.

Epitaksian kasvun merkitys puolijohteiden valmistuksessa

Epitaksi on elintärkeää puolijohteiden kiekkojen sähköisten ominaisuuksien parantamiseksi. Kyky hallita dopingprofiileja ja saavuttaa erityiset materiaaliominaisuudet tekevät epitaksista välttämättömän nykyaikaisessa elektroniikassa.

Lisäksi epitaksiaaliset prosessit ovat yhä merkittävempiä korkean suorituskyvyn anturien ja tehoelektroniikan kehittämisessä, mikä heijastaa jatkuvia edistyksiä puolijohdeteknologiassa. Tarkkuus, jota vaaditaan parametrien, kutenlämpötila, paine ja kaasun virtausnopeusEpitaksiaalisen kasvun aikana on kriittistä korkealaatuisten kiteisten kerrosten saavuttamiseksi, joilla on minimaaliset viat.