Технологія приготування кремній(Si) епітаксії

Кремнієва (Si) епітаксіяпідготовка технологія

Що таке епітаксійне зростання?

· Один лише монокристалічні матеріали не можуть задовольнити потреби зростаючого виробництва різних напівпровідникових пристроїв. Наприкінці 1959 року тонкий шармонокристалрозроблено технологію вирощування матеріалів – епітаксійне нарощування.

Епітаксіальний ріст полягає в тому, щоб виростити шар матеріалу, який відповідає вимогам на одній кристалічній підкладці, яка ретельно обробляється шляхом різання, шліфування та полірування за певних умов. Оскільки вирощений одиночний шар продукту є розширенням решітки для підкладки, збільшений шар матеріалу називається епітаксіальним шаром.

Класифікація властивостями епітаксіального шару

·Гомогенна епітаксія: Theепітаксіальний шарє таким же, як і матеріал підкладки, який підтримує консистенцію матеріалу та допомагає досягти якісної структури продукту та електричних властивостей.

·Гетерогенна епітаксія: Theепітаксіальний шарвідрізняється від матеріалу підкладки. Вибравши відповідну підкладку, можна оптимізувати умови росту та розширити діапазон застосування матеріалу, але необхідно подолати проблеми, пов’язані з невідповідністю ґрат і різницею теплового розширення.

Класифікація за положенням пристрою

Позитивна епітаксія: відноситься до утворення епітаксіального шару на матеріалі субстрату під час росту кристалів, а пристрій здійснюється на епітаксіальному шарі.

Зворотна епітаксія: на відміну від позитивної епітаксії, пристрій виготовляється безпосередньо на підкладці, тоді як епітаксійний шар формується на структурі пристрою.

Відмінності додатків: Застосування двох у виробництві напівпровідників залежить від необхідних властивостей матеріалу та вимог до проектування пристроїв, і кожен підходить для різних потоків процесів та технічних вимог.

Класифікація методом епітаксійного росту

· Пряма епітаксія - це метод використання нагрівання, бомбардування електронів або зовнішнього електричного поля, щоб змусити атоми вирощування матеріалів отримати достатню кількість енергії та безпосередньо мігрують та відкладають на поверхні підкладки для повного епітаксіального росту, наприклад, вакуумного осадження, розпилення, сублімації тощо . Однак цей метод має суворі вимоги до обладнання. Опір і товщина плівки мають погану повторюваність, тому вона не використовувалася в епітаксіальному виробництві кремнію.

· Непряма епітаксія - це використання хімічних реакцій для відкладення та вирощування епітаксіальних шарів на поверхні субстрату, яку в основному називають хімічним осадженням пари (CVD). Однак тонка плівка, вирощена ССЗ, не обов'язково є одним продуктом. Тому, суворо кажучи, лише ССЗ, який росте єдину плівку, є епітаксіальним зростанням. Цей метод має просте обладнання, і різні параметри епітаксіального шару простіше контролювати і мати хорошу повторюваність. В даний час кремнієвий епітаксіальний ріст в основному використовує цей метод.

Інші категорії

· Відповідно до методу транспортування атомів епітаксійних матеріалів до підкладки, його можна розділити на вакуумну епітаксію, епітаксію в газовій фазі, епітаксію в рідинній фазі (LPE) тощо.

·За процесом зміни фази епітаксію можна розділити нагазофазна епітаксія, рідкофазна епітаксіяітвердофазної епітаксії.

Проблеми, які вирішуються епітаксіальним процесом

· Коли почалася технологія епітаксійного вирощування кремнію, це був час, коли виробництво кремнієвих високочастотних і потужних транзисторів зіткнулося з труднощами. З точки зору транзисторного принципу, щоб отримати високу частоту та високу потужність, напруга пробою колектора має бути високою, а послідовний опір має бути малим, тобто падіння напруги насичення має бути малим. Перший вимагає, щоб питомий опір матеріалу колекторної зони був високим, тоді як останній вимагає низького питомого опору матеріалу колекторної зони, і обидва суперечливі. Якщо послідовний опір зменшити шляхом зменшення товщини матеріалу зони колектора, кремнієва пластина буде занадто тонкою та крихкою для обробки. Якщо питомий опір матеріалу зменшити, це буде суперечити першій вимозі. Епітаксіальна технологія успішно вирішила цю проблему.

Рішення:

· Виростити епітаксіальний шар з високою резивністю на субстраті з надзвичайно низьким опором та виготовити пристрій на епітаксіальному шарі. Епітаксіальний шар з високою резистентністю забезпечує, що трубка має високу напругу зриву, тоді як субстрат низької резистентності знижує опір субстрату та падіння напруги насичення, тим самим вирішуючи протиріччя між ними.

Крім того, епітаксіальні технології, такі як епітаксика фази пари, епітаксія рідкої фази, епітаксия молекулярної промені та епітаксия 1-В, сімейства 1-В та інші складні напівпровідникові матеріали, такі як GAAS, також значно розвинені і стали незамінними технологічними технологіями для виготовлення більшості мікрохвильових іОптоелектронні пристрої.

Зокрема, успішне застосування молекулярного пучка іметалеві органічні парифазова епітаксія в надтонких шарах, надгратках, квантових ямах, напружених надгратках і тонкошарова епітаксія на атомному рівні заклала основу для розвитку нової галузі досліджень напівпровідників, «інженерії зон».

Характеристика епітаксійного росту

(1) Епітаксіальні шари високої (низької) опору можна вирощувати епітаксіально на низьких (високих) субстратах опору.

(2. Не існує проблеми з компенсацією при створенні PN -з'єднань на окремих субстратах шляхом дифузії.

(3) У поєднанні з технологією маски вибіркове епітаксійне зростання може здійснюватися у визначених областях, створюючи умови для виробництва інтегральних схем і пристроїв зі спеціальною структурою.

(4) Тип і концентрацію легування можна змінювати за потреби під час епітаксійного росту. Зміна концентрації може бути різкою або поступовою.

(5) Можна вирощувати надтонкі шари гетерогенних, багатошарових, багатокомпонентних сполук зі змінними компонентами.

(6) Епітаксійне зростання може здійснюватися при температурі нижче температури плавлення матеріалу. Швидкість росту можна контролювати, і можна досягти епітаксіального зростання товщини в атомному масштабі.

Вимоги до епітаксіального зростання

(1) Поверхня повинна бути плоскою і яскравою, без дефектів поверхні, таких як яскраві плями, ями, плями від туману та лінії ковзання

(2) Хороша кристалічна цілісність, низька дислокація та щільність дефектів укладання. дляКремнієва епітаксія, щільність дислокацій повинна бути менше ніж 1000/см2, щільність дефектів упаковки повинна бути менше ніж 10/см2, а поверхня повинна залишатися яскравою після корозії травильним розчином хромової кислоти.

(3) фонова концентрація домішок епітаксіального шару повинна бути низькою і менша компенсація. Чистота сировини повинна бути високою, система повинна бути добре запечатана, навколишнє середовище повинно бути чистим, а операція повинна бути суворою, щоб уникнути включення чужорідних домішок у епітаксіальний шар.

(4) Для гетерогенної епітаксії склад епітаксіального шару та субстрату повинні змінюватися раптово (за винятком потреби повільної зміни складу) та взаємної дифузії складу між епітаксіальним шаром та субстрату.

(5) Концентрацію легування слід суворо контролювати та рівномірно розподіляти, щоб епітаксійний шар мав однорідний питомий опір, який відповідає вимогам. Необхідно, щоб питомий опірепітаксіальні пластиниВирощена в різних печах в одній печі повинна бути послідовною.

(6) Товщина епітаксійного шару повинна відповідати вимогам, з хорошою однорідністю та повторюваністю.

(7) Після епітаксійного вирощування на підкладці з прихованим шаром спотворення структури прихованого шару є дуже малим.

(8) Діаметр епітаксіальної пластини повинен бути максимально великим для полегшення масового виробництва пристроїв та зменшення витрат.

(9) Теплова стійкістьскладні напівпровідникові епітаксійні шариі епітаксія гетеропереходу хороша.