Yarı iletken epitaksi işlemi nedir?

Mükemmel bir kristalin taban katmanı üzerine entegre devreler veya yarı iletken cihazlar oluşturmak idealdir.epitaksiYarı iletken üretimindeki (epi) işlemi, tek kristalli bir alt tabaka üzerinde genellikle yaklaşık 0,5 ila 20 mikron kadar ince tek kristalli bir katman biriktirmeyi amaçlar. Epitaksi işlemi, özellikle silikon levha imalatında yarı iletken cihazların üretiminde önemli bir adımdır.

Yarı iletken üretiminde epitaksi (epi) işlemi

Yarı İletken Üretiminde Epitaksiye Genel Bakış

Nedir? Yarı iletken üretimindeki epitaksi (epi) işlemi, kristalli bir alt tabakanın üzerinde belirli bir yönde ince bir kristalli katmanın büyümesine olanak tanır.

Amaç Yarı iletken üretiminde epitaksi işleminin amacı, elektronların cihaz içerisinde daha verimli bir şekilde taşınmasını sağlamaktır. Yarı iletken cihazların yapımında, yapıyı iyileştirmek ve tekdüze hale getirmek için epitaksi katmanları dahil edilir.

İşlemeepitaksiişlem, aynı malzemeden yapılmış bir substrat üzerinde daha yüksek saflıkta epitaksiyel katmanların büyümesine izin verir. Heteroeklemli bipolar transistörler (HBT'ler) veya metal oksit yarı iletken alan etkili transistörler (MOSFET'ler) gibi bazı yarı iletken malzemelerde, epitaksi işlemi, substrattan farklı bir malzeme katmanını büyütmek için kullanılır. Yüksek katkılı bir malzeme tabakası üzerinde düşük yoğunluklu katkılı bir tabakanın büyütülmesini mümkün kılan epitaksi işlemidir.

Yarı iletken üretiminde epitaksi sürecine genel bakış

Nedir? Yarı iletken imalatındaki epitaksi (epi) işlemi, kristalli bir alt tabakanın üzerinde belirli bir yönde ince bir kristalli katmanın büyümesine olanak tanır.

Yarı iletken üretiminde amaç, epitaksi işleminin amacı, cihaz üzerinden taşınan elektronları daha verimli hale getirmektir. Yarı iletken cihazların yapımında, yapıyı iyileştirmek ve tekdüze hale getirmek için epitaksi katmanları dahil edilir.

Epitaksi işlemi, aynı malzemeden yapılmış bir substrat üzerinde daha yüksek saflıkta epitaksiyel katmanların büyümesine izin verir. Heteroeklemli bipolar transistörler (HBT'ler) veya metal oksit yarı iletken alan etkili transistörler (MOSFET'ler) gibi bazı yarı iletken malzemelerde, epitaksi işlemi, alt tabakadan farklı bir malzeme katmanını büyütmek için kullanılır. Yüksek katkılı malzeme tabakası üzerinde düşük yoğunluklu katkılı bir tabakanın büyütülmesini mümkün kılan epitaksi işlemidir.

Yarı İletken Üretiminde Epitaksiyel İşlem Türleri

Epitaksiyel süreçte büyümenin yönü altta yatan substrat kristali tarafından belirlenir. Biriktirmenin tekrarına bağlı olarak bir veya daha fazla epitaksiyel katman olabilir. Epitaksiyel işlemler, kimyasal bileşim ve yapı bakımından alttaki substratla aynı veya farklı olan ince malzeme katmanları oluşturmak için kullanılabilir.

İki tür Epi süreci

ÖzelliklerHomoepitaksi Heteroepitaksi

Büyüme katmanları Epitaksiyel büyüme katmanı, substrat katmanıyla aynı malzemedir Epitaksiyel büyüme katmanı, substrat katmanından farklı bir malzemedir

Kristal yapı ve kafes Substrat ve epitaksiyel tabakanın kristal yapısı ve kafes sabiti aynıdır Substrat ve epitaksiyel tabakanın kristal yapısı ve kafes sabiti farklıdır

Örnekler Silikon substrat üzerinde yüksek saflıkta silikonun epitaksiyel büyümesi Silikon substrat üzerinde galyum arsenidin epitaksiyel büyümesi

Uygulamalar Farklı doping seviyelerinde katmanlar veya daha az saf alt tabakalar üzerinde saf filmler gerektiren yarı iletken cihaz yapıları Farklı malzeme katmanları gerektiren veya tek kristal olarak elde edilemeyen malzemelerin kristalli filmlerini oluşturan yarı iletken cihaz yapıları

İki Tür Epi Proses

Özellikler Homoepitaksi Heteroepitaksi

Büyüme Katmanı Epitaksiyel büyüme katmanı, substrat katmanıyla aynı malzemedir Epitaksiyel büyüme katmanı, substrat katmanından farklı bir malzemedir

Kristal Yapı ve Kafes Substrat ve epitaksiyel katmanın kristal yapısı ve kafes sabiti aynıdır Substrat ve epitaksiyel katmanın kristal yapısı ve kafes sabiti farklıdır

Örnekler Silikon substrat üzerinde yüksek saflıktaki silikonun epitaksiyel büyümesi Silikon substrat üzerinde galyum arsenidin epitaksiyel büyümesi

Uygulamalar Farklı katkı seviyelerine sahip katmanlar veya daha az saf alt tabakalar üzerinde saf filmler gerektiren yarı iletken cihaz yapıları Farklı malzeme katmanları gerektiren veya tek kristal olarak elde edilemeyen malzemelerin kristalli filmlerini oluşturan yarı iletken cihaz yapıları

Yarı İletken Üretiminde Epitaksiyel Süreçleri Etkileyen Faktörler

Faktörler Açıklama

Sıcaklık Epitaksi hızını ve epitaksiyel katman yoğunluğunu etkiler. Epitaksi işlemi için gereken sıcaklık oda sıcaklığından daha yüksektir ve değer epitaksi tipine bağlıdır.

Basınç Epitaksi hızını ve epitaksiyel katman yoğunluğunu etkiler.

Kusurlar Epitaksideki kusurlar kusurlu levhalara yol açar. Epitaksiyel tabakanın hatasız büyümesi için epitaksi işlemi için gerekli fiziksel koşulların sağlanması gerekmektedir.

İstenilen Konum Epitaksi işlemi kristalin doğru konumunda büyümelidir. İşlem sırasında büyümesi istenmeyen alanların, büyümeyi önlemek için uygun şekilde kaplanması gerekir.

Kendi kendine katkılama Epitaksi işlemi yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirildiğinden, katkı atomları malzemede değişiklikler meydana getirebilir.

Faktör Açıklama

Sıcaklık Epitaksiyel tabakanın epitaksi hızını ve yoğunluğunu etkiler. Epitaksiyel işlem için gereken sıcaklık oda sıcaklığından yüksektir ve değer epitaksinin türüne bağlıdır.

Basınç, epitaksi hızını ve epitaksiyel katman yoğunluğunu etkiler.

Kusurlar Epitaksideki kusurlar kusurlu levhalara yol açar. Epitaksiyel tabakanın hatasız büyümesi için epitaksi işlemi için gerekli fiziksel koşulların sağlanması gerekmektedir.

İstenilen konum Epitaksi işlemi kristalin doğru konumunda büyümelidir. Bu işlem sırasında büyümenin istenmediği alanların, büyümeyi önlemek için uygun şekilde kaplanması gerekir.

Kendi kendine katkılama Epitaksi işlemi yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirildiğinden, katkı atomları malzemede değişiklikler meydana getirebilir.

Epitaksiyel yoğunluk ve oran

Epitaksiyel büyümenin yoğunluğu, epitaksiyel büyüme katmanındaki malzemenin birim hacmi başına düşen atom sayısıdır. Sıcaklık, basınç ve yarı iletken alt tabakanın türü gibi faktörler epitaksiyel büyümeyi etkiler. Genel olarak epitaksiyel tabakanın yoğunluğu yukarıdaki faktörlere göre değişir. Epitaksiyel tabakanın büyüme hızına epitaksi hızı denir.

Epitaksi uygun konum ve yönelimde büyütülürse büyüme oranı yüksek olacaktır ve bunun tersi de geçerlidir. Epitaksiyel katman yoğunluğuna benzer şekilde, epitaksi hızı da sıcaklık, basınç ve substrat malzemesi türü gibi fiziksel faktörlere bağlıdır.

Yüksek sıcaklıklarda ve düşük basınçlarda epitaksiyel hız artar. Epitaksi hızı aynı zamanda substrat yapısının oryantasyonuna, reaktanların konsantrasyonuna ve kullanılan büyüme tekniğine de bağlıdır.

Epitaksi Proses Yöntemleri

Birkaç epitaksi yöntemi vardır:sıvı faz epitaksi (LPE), hibrit buhar fazlı epitaksi, katı fazlı epitaksi,atomik katman birikimi, kimyasal buhar biriktirme, moleküler ışın epitaksisi, vb. İki epitaksi sürecini karşılaştıralım: CVD ve MBE.

Kimyasal buhar biriktirme (CVD) Moleküler ışın epitaksi (MBE)

Kimyasal süreç Fiziksel süreç

Bir gaz öncüsü, bir büyüme odası veya reaktörde ısıtılmış bir alt tabakayla karşılaştığında meydana gelen kimyasal reaksiyonu içerir. Biriktirilecek malzeme, vakum koşulları altında ısıtılır.

Film büyüme sürecinin hassas kontrolü Büyütülen katmanın kalınlığının ve bileşiminin hassas kontrolü

Yüksek kaliteli epitaksiyel katmanlar gerektiren uygulamalar için Son derece ince epitaksiyel katmanlar gerektiren uygulamalar için

En sık kullanılan yöntem Daha pahalı yöntem

Kimyasal süreç Fiziksel süreç

Bir gaz öncüsü, bir büyüme odası veya reaktörde ısıtılmış bir alt tabakayla karşılaştığında meydana gelen kimyasal reaksiyonu içerir. Biriktirilecek malzeme, vakum koşulları altında ısıtılır.

İnce film büyüme sürecinin hassas kontrolü Yetiştirilen katmanın kalınlığının ve bileşiminin hassas kontrolü

Yüksek kaliteli epitaksiyel katmanlar gerektiren uygulamalarda kullanılır Son derece ince epitaksiyel katmanlar gerektiren uygulamalarda kullanılır

En sık kullanılan yöntem Daha pahalı yöntem

Epitaksi süreci yarı iletken üretiminde kritik öneme sahiptir; performansını optimize eder

yarı iletken cihazlar ve entegre devreler. Yarı iletken cihaz üretiminde cihaz kalitesini, özelliklerini ve elektriksel performansını etkileyen ana süreçlerden biridir.