Що таке епітаксіальний процес?

Огляд епітаксіальних процесів

Термін "епітаксія" походить від грецьких слів "EPI," означає "на" та "таксі", що означає "упорядковано", що вказує на впорядкований характер кристалічного росту. Епітаксія є вирішальним процесом при виготовленні напівпровідників, що стосується росту тонкого кристалічного шару на кристалічній підкладці. Процес епітакси (EPI) при виготовленні напівпровідника має на меті осадити тонкий шар монокристала, як правило, приблизно від 0,5 до 20 мкм, на монокристалічній підкладці. Процес EPI є важливим кроком у виробництві напівпровідникових пристроїв, особливо вКремнієва пластинавиготовлення.

Epitaxy дозволяє осадити тонкі плівки, які високо впорядковуються і можуть бути розроблені для конкретних електронних властивостей. Цей процес є важливим для створення високоякісних напівпровідникових пристроїв, таких як діоди, транзистори та інтегровані схеми.

Типи епітаксії

У процесі епітакси орієнтація росту визначається основним кристалом основи.  Може бути або один або багато шарів епітакси залежно від повторення осадження. Процес епітакси може бути використаний для утворення тонкого шару матеріалу, який може бути однаковим або відрізняється від основного субстрату з точки зору хімічного складу та структури. Епітаксію можна класифікувати на дві первинні категорії на основі взаємозв'язку між субстратом та епітаксіальним шаром:ГомоепітаксіяіГетероепітакція.

Далі ми проаналізуємо відмінності між гомоепітаксією та гетероепітаксією з чотирьох вимірів: вирощений шар, кристалічна структура та решітка, приклад та застосування:

● Гомоепітаксія: Це відбувається, коли епітаксіальний шар виготовляється з того ж матеріалу, що і підкладка.

✔ Вирощений шар: Епітаксіально вирощений шар має того ж матеріалу, що і шар підкладки.

✔ Кристалічна структура та решітка: Кристалічна структура та константа решітки субстрату та епітаксіального шару однакові.

✔ Приклад: Епітаксіальний ріст високо чистого кремнію над кремнієм субстрату.

✔ Застосування: Напівпровідникові пристрої, де потрібні шари різних рівнів допінгу або чисті плівки на субстратах, які менш чисті.

● Гетероепітаксія: Це передбачає різні матеріали, що використовуються для шару та підкладки, таких як вирощування арсеніду алюмінію галій (алгаас) на арсеніді галій (GAAS). Успішна гетероепітаксія вимагає подібних кристалічних структур між двома матеріалами, щоб мінімізувати дефекти.

✔ Вирощений шар: Епітаксіально вирощений шар має інший матеріал, ніж шар субстрату.

✔ Кристалічна структура та решітка: Кристалічна структура та константа решітки субстрату та епітаксіального шару різні.

✔ Приклад: Епітаксіально зростаючий арсенід галію на кремнієвій підкладці.

✔ Застосування: Конструкція напівпровідникових пристроїв, де потрібні шари різних матеріалів, або для створення кристалічної плівки матеріалу, яка недоступна як одноразовий кристал.

Фактори, що впливають на процес EPI при виготовленні напівпровідників:

✔ Температура: Впливає на швидкість епітакси та щільність епітаксіального шару. Температура, необхідна для процесу епітакси, вище, ніж кімнатна температура, а значення залежить від типу епітаксії.

✔ Тиск: Впливає на швидкість епітакси та щільність епітаксіального шару.

✔ Дефекти: Дефекти епітаксії призводять до несправних вафель. Фізичні умови, необхідні для процесу ЕПІ, повинні підтримуватися для неефективного зростання епітаксіального шару.

✔ Бажане положення: Епітаксіальний ріст повинен знаходитись у правильних положеннях на кристалі. Регіони, які повинні бути виключені з епітаксіального процесу, повинні бути належним чином зняті для запобігання зростанню.

✔ Автополодка: Оскільки процес епітакси проводиться при високих температурах, допантні атоми можуть бути здатні приносити зміни в матеріалі.

Методи епітаксіального росту

Існує кілька методів виконання процесу епітакси: епітаксія рідкої фази, епітаксія гібридної парової фази, епітаксія твердої фази, осадження шару атома, хімічне осадження пари, епітаксія молекулярної променя тощо Давайте порівняємо два процеси епітакси: CVD та MBE.

Епітаксіальні режими зростання

Режими зростання епітакси: Епітаксіальний ріст може відбуватися через різні режими, які впливають на те, як утворюються шари:

✔ (a) Волмер-Вебер (VW): Характеризується тривимірним зростанням островів, де зародження відбувається перед безперервним формуванням плівки.

✔ (b)Франк-Ван дер Мерве (FM): Передбачає зростання шару за шаром, сприяючи рівномірній товщині.

✔ (c) Бічні кистани (SK): Поєднання VW та FM, починаючи з зростання шару, що переходить у утворення островів після досягнення критичної товщини.

Важливість зростання епітакси у виробництві напівпровідників

Епітаксія життєво важлива для посилення електричних властивостей напівпровідникових вафель. Здатність контролювати допінгові профілі та досягати конкретних характеристик матеріалу робить епітаксію незамінною в сучасній електроніці.

Більше того, епітаксіальні процеси все більше значущі при розробці високоефективних датчиків та електроніки, що відображає постійний прогрес у напівпровідникових технологіях. Точність, необхідна для контролю параметрів, таких яктемпература, тиск та швидкість потоку газуПід час епітаксіального росту є критичним для досягнення високоякісних кристалічних шарів з мінімальними дефектами.