Какво представлява процесът на полупроводникова епитаксия?

Идеален е за изграждане на интегрални схеми или полупроводникови устройства върху идеален кристален основен слой. Theепитаксия(epi) процесът в производството на полупроводници има за цел да отложи фин монокристален слой, обикновено около 0,5 до 20 микрона, върху монокристален субстрат. Процесът на епитаксия е важна стъпка в производството на полупроводникови устройства, особено в производството на силициеви пластини.

Процес на епитаксия (epi) в производството на полупроводници

Преглед на епитаксията в производството на полупроводници

Какво е това Процесът на епитаксия (epi) в производството на полупроводници позволява растежа на тънък кристален слой в дадена ориентация върху кристален субстрат.

Цел В производството на полупроводници целта на процеса на епитаксия е да направи електроните да се транспортират по-ефективно през устройството. В конструкцията на полупроводникови устройства са включени епитаксиални слоеве, за да се усъвършенства и направи структурата еднородна.

Процес наепитаксияпроцесът позволява растеж на епитаксиални слоеве с по-висока чистота върху субстрат от същия материал. В някои полупроводникови материали, като хетеропреходни биполярни транзистори (HBTs) или металооксидни полупроводникови полеви транзистори (MOSFETs), процесът на епитаксия се използва за отглеждане на слой от материал, различен от субстрата. Това е процесът на епитаксия, който прави възможно отглеждането на легиран слой с ниска плътност върху слой от силно легиран материал.

Преглед на процеса на епитаксия в производството на полупроводници

Какво представлява Процесът на епитаксия (epi) в производството на полупроводници позволява растежа на тънък кристален слой в дадена ориентация върху кристален субстрат.

Целта при производството на полупроводници, целта на процеса на епитаксия е да направи електроните, транспортирани през устройството, по-ефективно. В конструкцията на полупроводникови устройства са включени епитаксиални слоеве, за да се усъвършенства и направи структурата еднородна.

Процесът на епитаксия позволява растеж на епитаксиални слоеве с по-висока чистота върху субстрат от същия материал. В някои полупроводникови материали, като хетеропреходни биполярни транзистори (HBTs) или металооксидни полупроводникови полеви транзистори (MOSFETs), процесът на епитаксия се използва за отглеждане на слой от материал, различен от субстрата. Това е процесът на епитаксия, който прави възможно отглеждането на легиран слой с ниска плътност върху слой от силно легиран материал.

Видове епитаксиални процеси в производството на полупроводници

При епитаксиалния процес посоката на растеж се определя от подлежащия кристал на субстрата. В зависимост от повторението на отлагането може да има един или повече епитаксиални слоеве. Епитаксиалните процеси могат да се използват за образуване на тънки слоеве от материал, който е еднакъв или различен по химичен състав и структура от основния субстрат.

Два вида Epi процеси

ХарактеристикиХомоепитаксия Хетероепитаксия

Слоеве на растеж Епитаксиалният слой на растеж е същият материал като субстратния слой Епитаксиалният растежен слой е различен материал от субстратния слой

Кристална структура и решетка Кристалната структура и константата на решетката на субстрата и епитаксиалния слой са еднакви Кристалната структура и константата на решетката на субстрата и епитаксиалния слой са различни

Примери Епитаксиален растеж на силиций с висока чистота върху силициев субстрат Епитаксиален растеж на галиев арсенид върху силициев субстрат

Приложения Структури на полупроводникови устройства, изискващи слоеве с различни нива на допинг или чисти филми върху по-малко чисти субстрати Структури на полупроводникови устройства, изискващи слоеве от различни материали или изграждане на кристални филми от материали, които не могат да бъдат получени като единични кристали

Два вида Epi процеси

Характеристики Хомоепитаксия Хетероепитаксия

Слой на растеж Епитаксиалният слой на растеж е същият материал като субстратния слой Епитаксиалният растежен слой е различен материал от субстратния слой

Кристална структура и решетка Кристалната структура и константата на решетката на субстрата и епитаксиалния слой са еднакви Кристалната структура и константата на решетката на субстрата и епитаксиалния слой са различни

Примери Епитаксиален растеж на силиций с висока чистота върху силициев субстрат Епитаксиален растеж на галиев арсенид върху силициев субстрат

Приложения Структури на полупроводникови устройства, които изискват слоеве с различни нива на допинг или чисти филми върху по-малко чисти субстрати Структури на полупроводникови устройства, които изискват слоеве от различни материали или изграждат кристални филми от материали, които не могат да бъдат получени като единични кристали

Фактори, влияещи върху епитаксиалните процеси в производството на полупроводници

Описание на факторите

Температура Влияе на скоростта на епитаксия и плътността на епитаксиалния слой. Температурата, необходима за процеса на епитаксия, е по-висока от стайната температура и стойността зависи от вида на епитаксия.

Налягане Влияе на скоростта на епитаксия и плътността на епитаксиалния слой.

Дефекти Дефектите в епитаксия водят до дефектни пластини. Физическите условия, необходими за процеса на епитаксия, трябва да се поддържат за растеж на епитаксиален слой без дефекти.

Желана позиция Процесът на епитаксия трябва да расте върху правилната позиция на кристала. Областите, където растежът не е желателен по време на процеса, трябва да бъдат правилно покрити, за да се предотврати растежа.

Самодопинг Тъй като процесът на епитаксия се извършва при високи температури, атомите на добавката могат да доведат до промени в материала.

Описание на фактора

Температура Влияе на скоростта на епитаксия и плътността на епитаксиалния слой. Температурата, необходима за епитаксиалния процес, е по-висока от стайната температура и стойността зависи от вида на епитаксия.

Налягането влияе върху скоростта на епитаксия и плътността на епитаксиалния слой.

Дефекти Дефектите в епитаксия водят до дефектни пластини. Физическите условия, необходими за процеса на епитаксия, трябва да се поддържат за растеж на епитаксиален слой без дефекти.

Желано място Процесът на епитаксия трябва да расте на правилното място на кристала. Областите, където растежът не е желан по време на този процес, трябва да бъдат правилно покрити, за да се предотврати растежа.

Самодопинг Тъй като процесът на епитаксия се извършва при високи температури, атомите на добавката могат да доведат до промени в материала.

Епитаксиална плътност и скорост

Плътността на епитаксиалния растеж е броят на атомите на единица обем материал в епитаксиалния растежен слой. Фактори като температура, налягане и вида на полупроводниковия субстрат влияят върху епитаксиалния растеж. Като цяло, плътността на епитаксиалния слой варира в зависимост от горните фактори. Скоростта, с която расте епитаксиалният слой, се нарича скорост на епитаксия.

Ако епитаксият се отглежда на правилното място и ориентация, скоростта на растеж ще бъде висока и обратно. Подобно на плътността на епитаксиалния слой, скоростта на епитаксия също зависи от физически фактори като температура, налягане и тип материал на субстрата.

Епитаксиалната скорост се увеличава при високи температури и ниско налягане. Скоростта на епитаксия също зависи от ориентацията на структурата на субстрата, концентрацията на реагентите и използваната техника на растеж.

Методи за процес на епитаксия

Има няколко метода за епитаксия:епитаксия в течна фаза (LPE), хибридна епитаксия в газова фаза, епитаксия в твърда фаза,отлагане на атомен слой, химическо отлагане на пари, молекулярно-лъчева епитаксияи т.н. Нека сравним два процеса на епитаксия: CVD и MBE.

Химично отлагане на пари (CVD) Епитаксия с молекулярни лъчи (MBE)

Химичен процес Физически процес

Включва химическа реакция, която възниква, когато прекурсор на газ срещне нагрят субстрат в камера за растеж или реактор. Материалът, който трябва да се отложи, се нагрява при условия на вакуум.

Прецизен контрол на процеса на растеж на филма Прецизен контрол на дебелината и състава на отглеждания слой

За приложения, които изискват висококачествени епитаксиални слоеве За приложения, които изискват изключително фини епитаксиални слоеве

Най-често използваният метод По-скъп метод

Химичен процес Физически процес

Включва химическа реакция, която възниква, когато прекурсор на газ срещне нагрят субстрат в камера за растеж или реактор. Материалът, който трябва да се отложи, се нагрява при условия на вакуум.

Прецизен контрол на процеса на растеж на тънък филм Прецизен контрол на дебелината и състава на отгледания слой

Използва се в приложения, изискващи висококачествени епитаксиални слоеве Използва се в приложения, изискващи изключително фини епитаксиални слоеве

Най-често използваният метод По-скъп метод

Процесът на епитаксия е критичен при производството на полупроводници; оптимизира работата на

полупроводникови устройства и интегрални схеми. Това е един от основните процеси в производството на полупроводникови устройства, който влияе върху качеството, характеристиките и електрическите характеристики на устройството.