Що таке процес напівпровідникової епітаксії?

Він ідеально підходить для створення інтегральних схем або напівпровідникових пристроїв на ідеальному кристалічному базовому шарі. TheепітаксіяПроцес (epi) у виробництві напівпровідників спрямований на осадження тонкого монокристалічного шару, як правило, приблизно від 0,5 до 20 мікрон, на монокристалічній підкладці. Процес епітаксії є важливим кроком у виробництві напівпровідникових приладів, особливо у виробництві кремнієвих пластин.

Процес епітаксії (епі) ​​у виробництві напівпровідників

Огляд епітаксії у виробництві напівпровідників

Що це таке Процес епітаксії (epi) у виробництві напівпровідників дозволяє вирощувати тонкий кристалічний шар у заданій орієнтації поверх кристалічної підкладки.

Мета У виробництві напівпровідників мета процесу епітаксії полягає в тому, щоб зробити транспорт електронів через пристрій більш ефективним. У конструкції напівпровідникових приладів додають шари епітаксії, щоб покращити та зробити структуру однорідною.

Процес Theепітаксіяпроцес дозволяє вирощувати епітаксійні шари вищої чистоти на підкладці з того самого матеріалу. У деяких напівпровідникових матеріалах, таких як біполярні транзистори з гетеропереходом (HBT) або металооксидні напівпровідникові польові транзистори (MOSFET), процес епітаксії використовується для вирощування шару матеріалу, відмінного від підкладки. Саме процес епітаксії дає змогу виростити легований шар низької щільності на шарі високолегованого матеріалу.

Огляд процесу епітаксії у виробництві напівпровідників

Що це таке Процес епітаксії (epi) у виробництві напівпровідників дозволяє вирощувати тонкий кристалічний шар у заданій орієнтації поверх кристалічної підкладки.

Метою процесу епітаксії у виробництві напівпровідників є підвищення ефективності транспортування електронів через пристрій. У конструкції напівпровідникових приладів додають шари епітаксії, щоб покращити та зробити структуру однорідною.

Процес епітаксії дозволяє вирощувати епітаксійні шари вищої чистоти на підкладці з того самого матеріалу. У деяких напівпровідникових матеріалах, таких як біполярні транзистори з гетеропереходом (HBT) або металооксидні напівпровідникові польові транзистори (MOSFET), процес епітаксії використовується для вирощування шару матеріалу, відмінного від підкладки. Саме процес епітаксії дає змогу вирощувати легований шар низької щільності на шарі сильнолегованого матеріалу.

Типи епітаксійних процесів у виробництві напівпровідників

У епітаксіальному процесі напрямок росту визначається кристалом підкладки, що лежить під ним. Залежно від повторюваності осадження може бути один або декілька епітаксійних шарів. Епітаксійні процеси можна використовувати для формування тонких шарів матеріалу, однакового або відмінного за хімічним складом і структурою від підкладки, що лежить під ним.

Два типи процесів Epi

характеристикиГомоепітаксія Гетероепітаксія

Нарощувальні шари Епітаксіальний нарощувальний шар – це той самий матеріал, що й шар підкладки Епітаксіальний нарощувальний шар – це інший матеріал, ніж шар підкладки

Кристалічна структура та ґратка Кристалічна структура та постійна ґратки підкладки та епітаксійного шару однакові Кристалічна структура та постійна ґратки підкладки та епітаксійного шару різні

Приклади Епітаксійне зростання високочистого кремнію на кремнієвій підкладці Епітаксійне зростання арсеніду галію на кремнієвій підкладці

Застосування Структури напівпровідникових пристроїв, що вимагають шарів з різними рівнями легування або чистих плівок на менш чистих підкладках. Структури напівпровідникових пристроїв, що вимагають шарів із різних матеріалів або створення кристалічних плівок з матеріалів, які не можуть бути отримані як монокристали

Два типи процесів Epi

Характеристика гомоепітаксії гетероепітаксії

Нарощувальний шар Епітаксіальний нарощувальний шар — це той самий матеріал, що й шар підкладки Епітаксіальний нарощувальний шар — це інший матеріал, ніж шар підкладки

Кристалічна структура та ґратка Кристалічна структура та постійна ґратки підкладки та епітаксійного шару однакові Кристалічна структура та постійна ґратки підкладки та епітаксійного шару різні

Приклади Епітаксійне зростання високочистого кремнію на кремнієвій підкладці Епітаксійне зростання арсеніду галію на кремнієвій підкладці

Застосування Структури напівпровідникових пристроїв, які вимагають шарів різних рівнів легування або чистих плівок на менш чистих підкладках Структури напівпровідникових пристроїв, які потребують шарів різних матеріалів або створюють кристалічні плівки з матеріалів, які не можуть бути отримані як монокристали

Фактори, що впливають на епітаксійні процеси у виробництві напівпровідників

Опис факторів

Температура впливає на швидкість епітаксії та щільність епітаксійного шару. Температура, необхідна для процесу епітаксії, вища за кімнатну, і значення залежить від типу епітаксії.

Тиск Впливає на швидкість епітаксії та щільність епітаксійного шару.

Дефекти Дефекти епітаксії призводять до дефектних пластин. Для бездефектного росту епітаксійного шару слід підтримувати фізичні умови, необхідні для процесу епітаксії.

Бажане положення Процес епітаксії повинен рости на правильному положенні кристала. Ділянки, де ріст небажаний під час процесу, повинні бути належним чином покриті, щоб запобігти росту.

Самолегування Оскільки процес епітаксії виконується при високих температурах, атоми допантів можуть спричиняти зміни в матеріалі.

Опис фактора

Температура впливає на швидкість епітаксії та щільність епітаксійного шару. Температура, необхідна для процесу епітаксії, вища за кімнатну, і значення залежить від типу епітаксії.

Тиск впливає на швидкість епітаксії та щільність епітаксійного шару.

Дефекти Дефекти епітаксії призводять до дефектних пластин. Для бездефектного росту епітаксійного шару слід підтримувати фізичні умови, необхідні для процесу епітаксії.

Бажане розташування Процес епітаксії повинен рости на правильному місці кристала. Місця, де ріст небажаний під час цього процесу, повинні бути належним чином покриті, щоб запобігти росту.

Самолегування Оскільки процес епітаксії виконується при високих температурах, атоми допантів можуть спричиняти зміни в матеріалі.

Епітаксіальна щільність і швидкість

Щільність епітаксійного росту - це кількість атомів в одиниці об'єму матеріалу в шарі епітаксійного росту. Такі фактори, як температура, тиск і тип напівпровідникової підкладки, впливають на епітаксійне зростання. Як правило, щільність епітаксійного шару змінюється в залежності від вищевказаних факторів. Швидкість, з якою росте епітаксіальний шар, називається швидкістю епітаксії.

Якщо епітаксія вирощується в правильному місці та орієнтації, швидкість росту буде високою, і навпаки. Подібно до щільності епітаксійного шару, швидкість епітаксії також залежить від таких фізичних факторів, як температура, тиск і тип матеріалу підкладки.

Епітаксіальна швидкість зростає при високих температурах і низьких тисках. Швидкість епітаксії також залежить від орієнтації структури підкладки, концентрації реагентів і використовуваної техніки вирощування.

Методи епітаксії

Існує кілька методів епітаксії:рідкофазна епітаксія（LPE）, гібридна парофазова епітаксія, твердофазна епітаксія,осадження атомного шару, хімічне осадження з парової фази, молекулярно-променева епітаксія, тощо. Порівняємо два процеси епітаксії: CVD та MBE.

Хімічне осадження з газової фази (CVD) Молекулярно-променева епітаксія (MBE)

Хімічний процес Фізичний процес

Включає хімічну реакцію, яка відбувається, коли попередник газу зустрічається з нагрітою підкладкою в камері вирощування або реакторі. Матеріал, який потрібно осадити, нагрівається в умовах вакууму.

Точний контроль процесу нарощування плівки Точний контроль товщини та складу нарощеного шару

Для застосувань, які потребують високоякісних епітаксійних шарів. Для застосувань, які потребують надзвичайно тонких епітаксійних шарів

Найбільш часто використовуваний метод Більш дорогий метод

Хімічний процес Фізичний процес

Включає хімічну реакцію, яка відбувається, коли попередник газу зустрічається з нагрітою підкладкою в камері вирощування або реакторі. Матеріал, який потрібно осадити, нагрівається в умовах вакууму.

Точний контроль процесу росту тонкої плівки Точний контроль товщини та складу вирощеного шару

Використовується в програмах, що вимагають високоякісних епітаксійних шарів. Використовується в програмах, які вимагають надзвичайно тонких епітаксійних шарів

Найбільш часто використовуваний метод Більш дорогий метод

Процес епітаксії є критично важливим у виробництві напівпровідників; це оптимізує продуктивність

напівпровідникові прилади та інтегральні схеми. Це один із основних процесів у виробництві напівпровідникових пристроїв, який впливає на якість, характеристики й електричні характеристики пристрою.