Silicon(Si) teknolohiya sa paghahanda ng epitaxy

Silicon(Si) epitaxyteknolohiya ng paghahanda

Ano ang epitaxial growth?

· Ang mga solong kristal na materyales lamang ay hindi makakatugon sa mga pangangailangan ng lumalagong produksyon ng iba't ibang mga aparatong semiconductor. Sa pagtatapos ng 1959, isang manipis na layer ngnag-iisang kristalteknolohiya ng paglago ng materyal - binuo ang paglago ng epitaxial.

Ang epitaxial growth ay ang pagpapatubo ng isang layer ng materyal na nakakatugon sa mga kinakailangan sa isang kristal na substrate na maingat na naproseso sa pamamagitan ng paggupit, paggiling, at pagpapakintab sa ilalim ng ilang partikular na kundisyon. Dahil ang pinalaki na solong layer ng produkto ay isang extension ng substrate lattice, ang lumaki na layer ng materyal ay tinatawag na isang epitaxial layer.

Pag-uuri ayon sa mga katangian ng epitaxial layer

·Homogeneous na epitaxy: Angepitaxial layeray kapareho ng materyal na substrate, na nagpapanatili ng pagkakapare-pareho ng materyal at tumutulong upang makamit ang mataas na kalidad na istraktura ng produkto at mga katangian ng elektrikal.

·Heterogenous epitaxy: Angepitaxial layeray naiiba sa materyal na substrate. Sa pamamagitan ng pagpili ng angkop na substrate, ang mga kondisyon ng paglago ay maaaring ma-optimize at ang hanay ng aplikasyon ng materyal ay maaaring mapalawak, ngunit ang mga hamon na dala ng sala-sala na mismatch at mga pagkakaiba sa thermal expansion ay kailangang malampasan.

Pag-uuri ayon sa posisyon ng device

Positibong epitaxy: tumutukoy sa pagbuo ng isang epitaxial layer sa substrate na materyal sa panahon ng paglaki ng kristal, at ang aparato ay ginawa sa epitaxial layer.

Reverse epitaxy: Sa kaibahan sa positive epitaxy, ang device ay direktang ginawa sa substrate, habang ang epitaxial layer ay nabuo sa device structure.

Mga pagkakaiba sa aplikasyon: Ang aplikasyon ng dalawa sa pagmamanupaktura ng semiconductor ay nakasalalay sa mga kinakailangang katangian ng materyal at mga kinakailangan sa disenyo ng device, at ang bawat isa ay angkop para sa iba't ibang daloy ng proseso at mga teknikal na kinakailangan.

Pag-uuri sa pamamagitan ng paraan ng paglago ng epitaxial

· Ang direct epitaxy ay isang paraan ng paggamit ng heating, electron bombardment o external electric field para makakuha ng sapat na enerhiya ang lumalaking materyal na atoms, at direktang lumipat at magdeposito sa substrate surface upang makumpleto ang epitaxial growth, tulad ng vacuum deposition, sputtering, sublimation, atbp. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay may mahigpit na mga kinakailangan sa kagamitan. Ang resistivity at kapal ng pelikula ay may mahinang pag-uulit, kaya hindi ito ginagamit sa paggawa ng silikon na epitaxial.

· Ang hindi direktang epitaxy ay ang paggamit ng mga kemikal na reaksyon upang magdeposito at magpalago ng mga epitaxial layer sa ibabaw ng substrate, na malawakang tinatawag na chemical vapor deposition (CVD). Gayunpaman, ang manipis na pelikula na pinalaki ng CVD ay hindi kinakailangang isang solong produkto. Samakatuwid, mahigpit na nagsasalita, tanging ang CVD na lumalaki sa isang solong pelikula ay epitaxial growth. Ang pamamaraang ito ay may simpleng kagamitan, at ang iba't ibang mga parameter ng epitaxial layer ay mas madaling kontrolin at may mahusay na repeatability. Sa kasalukuyan, pangunahing ginagamit ng silicon epitaxial growth ang pamamaraang ito.

Iba pang mga kategorya

·Ayon sa paraan ng pagdadala ng mga atomo ng mga epitaxial na materyales sa substrate, maaari itong hatiin sa vacuum epitaxy, gas phase epitaxy, liquid phase epitaxy(LPE), atbp.

·Ayon sa proseso ng pagbabago ng bahagi, ang epitaxy ay maaaring nahahati sagas phase epitaxy, likido phase epitaxy, atsolid phase epitaxy.

Ang mga problema ay nalutas sa pamamagitan ng proseso ng epitaxial

·Nang nagsimula ang teknolohiya ng paglago ng silicon epitaxial, ito ang panahon kung kailan nagkaroon ng mga kahirapan ang paggawa ng silicon high-frequency at high-power transistor. Mula sa pananaw ng prinsipyo ng transistor, upang makakuha ng mataas na dalas at mataas na kapangyarihan, ang boltahe ng breakdown ng kolektor ay dapat na mataas at ang paglaban ng serye ay dapat maliit, iyon ay, ang pagbaba ng boltahe ng saturation ay dapat maliit. Ang una ay nangangailangan ng resistivity ng collector area material na mataas, habang ang huli ay nangangailangan ng resistivity ng collector area material na mababa, at ang dalawa ay contradictory. Kung ang series resistance ay nababawasan sa pamamagitan ng pagnipis ng kapal ng collector area material, ang silicon wafer ay magiging masyadong manipis at marupok para maproseso. Kung ang resistivity ng materyal ay nabawasan, ito ay salungat sa unang kinakailangan. Matagumpay na nalutas ng teknolohiyang epitaxial ang kahirapan na ito.

Solusyon:

· Palakihin ang isang high-resistivity na epitaxial layer sa isang substrate na may napakababang resistivity, at gawin ang device sa epitaxial layer. Ang high-resistivity epitaxial layer ay nagsisiguro na ang tubo ay may mataas na breakdown voltage, habang ang low-resistivity substrate ay binabawasan ang resistensya ng substrate at ang saturation voltage drop, kaya nalulutas ang kontradiksyon sa pagitan ng dalawa.

Bilang karagdagan, ang mga teknolohiyang epitaxial tulad ng vapor phase epitaxy, liquid phase epitaxy, molecular beam epitaxy, at metal organic compound vapor phase epitaxy ng 1-V family, 1-V family, at iba pang compound semiconductor na materyales gaya ng GaAs ay lubos ding napaunlad. at naging kailangang-kailangan na mga teknolohiya sa proseso para sa paggawa ng karamihan sa microwave atoptoelectronic na mga aparato.

Sa partikular, ang matagumpay na aplikasyon ng molecular beam atmetal na organikong singawphase epitaxy sa ultra-thin layers, superlattices, quantum wells, strained superlattices, at atomic-level thin layer epitaxy ay naglatag ng pundasyon para sa pagbuo ng isang bagong larangan ng semiconductor research, "band engineering".

Mga katangian ng paglago ng epitaxial

(1) Ang mga epitaxial layer na may mataas (mababa) na resistensya ay maaaring palaguin nang epitaxially sa mga substrate na mababa (mataas) ang resistensya.

(2) Ang mga epitaxial layer ng N(P) ay maaaring palaguin sa mga substrate ng P(N) upang direktang bumuo ng mga junction ng PN. Walang problema sa kompensasyon kapag gumagawa ng mga PN junction sa mga solong substrate sa pamamagitan ng pagsasabog.

(3) Kasabay ng teknolohiya ng mask, ang selective epitaxial growth ay maaaring isagawa sa mga itinalagang lugar, na lumilikha ng mga kondisyon para sa produksyon ng mga integrated circuit at device na may mga espesyal na istruktura.

(4) Ang uri at konsentrasyon ng doping ay maaaring baguhin kung kinakailangan sa panahon ng paglaki ng epitaxial. Ang pagbabago ng konsentrasyon ay maaaring biglaan o unti-unti.

(5) Ang mga ultra-manipis na layer ng heterogenous, multi-layered, multi-component compound na may mga variable na bahagi ay maaaring lumaki.

(6) Ang paglaki ng epitaxial ay maaaring isagawa sa isang temperatura sa ibaba ng punto ng pagkatunaw ng materyal. Ang rate ng paglago ay nakokontrol, at ang epitaxial na paglago ng atomic-scale na kapal ay maaaring makamit.

Mga kinakailangan para sa paglaki ng epitaxial

(1) Ang ibabaw ay dapat na patag at maliwanag, walang mga depekto sa ibabaw tulad ng mga maliliwanag na batik, hukay, mantsa ng fog at mga linya ng slip

(2) Magandang kristal na integridad, mababang dislokasyon at stacking fault density. Para sasilikon na epitaxy, ang dislocation density ay dapat na mas mababa sa 1000/cm2, ang stacking fault density ay dapat na mas mababa sa 10/cm2, at ang ibabaw ay dapat manatiling maliwanag pagkatapos ma-corroded ng chromic acid etching solution.

(3) Ang konsentrasyon ng karumihan sa background ng epitaxial layer ay dapat na mababa at mas kaunting kompensasyon ang kailangan. Ang kadalisayan ng hilaw na materyales ay dapat na mataas, ang sistema ay dapat na mahusay na selyadong, ang kapaligiran ay dapat na malinis, at ang operasyon ay dapat na mahigpit upang maiwasan ang pagsasama ng mga dayuhang impurities sa epitaxial layer.

(4) Para sa heterogenous epitaxy, ang komposisyon ng epitaxial layer at ang substrate ay dapat na biglang magbago (maliban sa pangangailangan ng mabagal na pagbabago ng komposisyon) at ang mutual diffusion ng komposisyon sa pagitan ng epitaxial layer at substrate ay dapat mabawasan.

(5) Ang konsentrasyon ng doping ay dapat na mahigpit na kinokontrol at pantay na ibinahagi upang ang epitaxial layer ay may pare-parehong resistivity na nakakatugon sa mga kinakailangan. Ito ay kinakailangan na ang resistivity ngepitaxial wafersna lumago sa iba't ibang mga hurno sa parehong pugon ay dapat na pare-pareho.

(6) Ang kapal ng epitaxial layer ay dapat matugunan ang mga kinakailangan, na may mahusay na pagkakapareho at repeatability.

(7) Pagkatapos ng epitaxial growth sa substrate na may nakabaon na layer, napakaliit ng buried layer pattern distortion.

(8) Ang diameter ng epitaxial wafer ay dapat kasing laki hangga't maaari upang mapadali ang mass production ng mga device at mabawasan ang mga gastos.

(9) Ang thermal stability ngcompound semiconductor epitaxial layerat ang heterojunction epitaxy ay mabuti.