Технология за приготвяне на силициева (Si) епитаксия

Силициева (Si) епитаксиятехнология на приготвяне

Какво е епитаксиален растеж?

·Монокристалните материали сами по себе си не могат да отговорят на нуждите на нарастващото производство на различни полупроводникови устройства. В края на 1959 г. тънък слой отединичен кристалразработена е технология за растеж на материала - епитаксиален растеж.

Епитаксиалното израстване означава отглеждане на слой от материал, който отговаря на изискванията върху монокристален субстрат, който е внимателно обработен чрез рязане, шлайфане и полиране при определени условия. Тъй като израсналият единичен слой на продукта е продължение на решетката на субстрата, израсналият материален слой се нарича епитаксиален слой.

Класификация по свойствата на епитаксиалния слой

·Хомогенна епитаксия: Theепитаксиален слойе същият като материала на субстрата, който поддържа консистенцията на материала и спомага за постигане на висококачествена структура на продукта и електрически свойства.

·Хетерогенна епитаксия: Theепитаксиален слойе различен от материала на субстрата. Чрез избора на подходящ субстрат условията за растеж могат да бъдат оптимизирани и обхватът на приложение на материала може да бъде разширен, но предизвикателствата, породени от несъответствието на решетката и разликите в термичното разширение, трябва да бъдат преодолени.

Класификация по позиция на устройството

Положителна епитаксия: отнася се до образуването на епитаксиален слой върху материала на субстрата по време на растежа на кристала и устройството е направено върху епитаксиалния слой.

Обратна епитаксия: За разлика от положителната епитаксия, устройството се произвежда директно върху субстрата, докато епитаксиалният слой се формира върху структурата на устройството.

Разлики в приложението: Приложението на двата в производството на полупроводници зависи от необходимите свойства на материала и изискванията за дизайн на устройството и всеки е подходящ за различни процесни потоци и технически изисквания.

Класификация по епитаксиален метод на растеж

· Директната епитаксия е метод за използване на нагряване, електронно бомбардиране или външно електрическо поле, за да накара атомите на растящия материал да получат достатъчно енергия и директно да мигрират и да се отложат върху повърхността на субстрата, за да завършат епитаксиалния растеж, като вакуумно отлагане, разпрашване, сублимация и т.н. Този метод обаче има строги изисквания към оборудването. Съпротивлението и дебелината на филма имат слаба повторяемост, така че не е използван в епитаксиалното производство на силиций.

· Индиректната епитаксия е използването на химични реакции за отлагане и растеж на епитаксиални слоеве върху повърхността на субстрата, което в общи линии се нарича химическо отлагане на пари (CVD). Въпреки това, тънкият филм, отгледан чрез CVD, не е непременно един продукт. Следователно, строго погледнато, само CVD, което развива единичен филм, е епитаксиален растеж. Този метод има просто оборудване и различните параметри на епитаксиалния слой са по-лесни за контролиране и имат добра повторяемост. Понастоящем силициевият епитаксиален растеж използва главно този метод.

Други категории

· Според метода за транспортиране на атоми от епитаксиални материали към субстрата, той може да бъде разделен на вакуумна епитаксия, епитаксия в газова фаза, епитаксия в течна фаза (LPE) и др.

·Според процеса на фазова промяна епитаксията може да бъде разделена нагазова фазова епитаксия, епитаксия в течна фаза, итвърдофазна епитаксия.

Проблеми, решени чрез епитаксиален процес

·Когато започна технологията за епитаксиален растеж на силиций, беше времето, когато производството на силициеви високочестотни и мощни транзистори се сблъска с трудности. От гледна точка на принципа на транзистора, за да се получи висока честота и висока мощност, напрежението на пробив на колектора трябва да е високо и серийното съпротивление трябва да е малко, тоест спадът на напрежението на насищане трябва да е малък. Първото изисква съпротивлението на материала на колекторната област да бъде високо, докато последното изисква съпротивлението на материала на колекторната област да бъде ниско и двете са противоречиви. Ако серийното съпротивление се намали чрез изтъняване на дебелината на материала на колекторната област, силиконовата пластина ще бъде твърде тънка и крехка, за да бъде обработена. Ако съпротивлението на материала се намали, това ще противоречи на първото изискване. Епитаксиалната технология успешно е решила тази трудност.

Решение:

· Отгледайте епитаксиален слой с високо съпротивление върху субстрат с изключително ниско съпротивление и изработете устройството върху епитаксиалния слой. Епитаксиалният слой с високо съпротивление гарантира, че тръбата има високо напрежение на пробив, докато субстратът с ниско съпротивление намалява съпротивлението на субстрата и спада на напрежението на насищане, като по този начин разрешава противоречието между двете.

В допълнение, епитаксиални технологии като епитаксия в газова фаза, епитаксия в течна фаза, епитаксия с молекулярни лъчи и епитаксия в газова фаза на метални органични съединения от семейство 1-V, семейство 1-V и други съставни полупроводникови материали като GaAs също са силно развити и са се превърнали в незаменими технологични процеси за производството на повечето микровълнови иоптоелектронни устройства.

По-специално, успешното приложение на молекулярния лъч иметални органични парифазовата епитаксия в ултратънки слоеве, суперрешетки, квантови ямки, напрегнати суперрешетки и тънкослойна епитаксия на атомно ниво поставиха основата за развитието на нова област на полупроводникови изследвания, "лентово инженерство".

Характеристики на епитаксиалния растеж

(1) Епитаксиални слоеве с висока (ниска) устойчивост могат да се отглеждат епитаксиално върху субстрати с ниска (висока) устойчивост.

(2) N(P) епитаксиални слоеве могат да се отглеждат върху P(N) субстрати за директно образуване на PN връзки. Няма проблем с компенсацията, когато се правят PN връзки върху единични субстрати чрез дифузия.

(3) В комбинация с технологията на маската може да се извършва селективен епитаксиален растеж в определени зони, създавайки условия за производство на интегрални схеми и устройства със специална структура.

(4) Типът и концентрацията на допинга могат да се променят според нуждите по време на епитаксиален растеж. Промяната на концентрацията може да бъде рязка или постепенна.

(5) Могат да се отглеждат ултратънки слоеве от хетерогенни, многослойни, многокомпонентни съединения с променливи компоненти.

(6) Епитаксиалното израстване може да се извърши при температура под точката на топене на материала. Скоростта на растеж е контролируема и може да се постигне епитаксиален растеж на дебелината на атомния мащаб.

Изисквания за епитаксиален растеж

(1) Повърхността трябва да е равна и светла, без повърхностни дефекти като ярки петна, ями, петна от мъгла и линии на приплъзване

(2) Добра кристална цялост, ниска дислокация и плътност на грешките при подреждане. Засиликонова епитаксия, плътността на дислокациите трябва да бъде по-малка от 1000/cm2, плътността на грешките при наслагване трябва да бъде по-малка от 10/cm2 и повърхността трябва да остане ярка, след като е била корозирала от разтвор за ецване с хромна киселина.

(3) Концентрацията на фоновите примеси на епитаксиалния слой трябва да бъде ниска и трябва да се изисква по-малко компенсация. Чистотата на суровината трябва да е висока, системата трябва да е добре запечатана, околната среда трябва да е чиста и операцията трябва да бъде стриктна, за да се избегне включването на чужди примеси в епитаксиалния слой.

(4) За хетерогенна епитаксия съставът на епитаксиалния слой и субстрата трябва да се промени внезапно (с изключение на изискването за бавна промяна на състава) и взаимната дифузия на състава между епитаксиалния слой и субстрата трябва да бъде сведена до минимум.

(5) Концентрацията на допинг трябва да бъде строго контролирана и равномерно разпределена, така че епитаксиалният слой да има еднакво съпротивление, което отговаря на изискванията. Изисква се съпротивлението наепитаксиални пластиниотглеждани в различни пещи в една и съща пещ трябва да бъдат последователни.

(6) Дебелината на епитаксиалния слой трябва да отговаря на изискванията, с добра еднородност и повторяемост.

(7) След епитаксиален растеж върху субстрат със скрит слой, изкривяването на шарката на скрития слой е много малко.

(8) Диаметърът на епитаксиалната пластина трябва да бъде възможно най-голям, за да се улесни масовото производство на устройства и да се намалят разходите.

(9) Термичната стабилност насъставни полупроводникови епитаксиални слоевеи епитаксията на хетеропрехода е добра.