Silikon(Si) epitaksi hazırlama teknolojisi

Silikon(Si) epitaksihazırlama teknolojisi

Epitaksiyel büyüme nedir?

·Tek kristal malzemeler, çeşitli yarı iletken cihazların artan üretiminin ihtiyaçlarını tek başına karşılayamaz. 1959'un sonunda ince bir tabaka oluştu.tek kristalmalzeme büyüme teknolojisi - epitaksiyel büyüme geliştirildi.

Epitaksiyel büyüme, belirli koşullar altında kesme, taşlama ve cilalama yoluyla dikkatlice işlenmiş tek bir kristal alt tabaka üzerinde gereksinimleri karşılayan bir malzeme katmanının büyütülmesidir. Büyütülmüş tek ürün katmanı, alt tabaka kafesinin bir uzantısı olduğundan, büyütülmüş malzeme katmanına epitaksiyel katman adı verilir.

Epitaksiyel tabakanın özelliklerine göre sınıflandırma

·Homojen epitaksi:epitaksiyel katmanmalzemenin tutarlılığını koruyan ve yüksek kaliteli ürün yapısı ve elektriksel özelliklerin elde edilmesine yardımcı olan alt tabaka malzemesiyle aynıdır.

·Heterojen epitaksi:epitaksiyel katmanaltlık malzemesinden farklıdır. Uygun bir substrat seçilerek büyüme koşulları optimize edilebilir ve malzemenin uygulama aralığı genişletilebilir, ancak kafes uyumsuzluğu ve termal genleşme farklılıklarının getirdiği zorlukların üstesinden gelinmesi gerekir.

Cihaz konumuna göre sınıflandırma

Pozitif epitaksi: kristal büyümesi sırasında substrat malzemesi üzerinde epitaksiyel bir tabakanın oluşmasını ifade eder ve cihaz epitaksiyel tabaka üzerinde yapılır.

Ters epitaksi: Pozitif epitaksinin aksine cihaz doğrudan alt tabaka üzerinde üretilirken, epitaksiyel katman cihaz yapısı üzerinde oluşturulur.

Uygulama farklılıkları: İkisinin yarı iletken imalatında uygulanması, gerekli malzeme özelliklerine ve cihaz tasarım gereksinimlerine bağlıdır ve her biri farklı süreç akışlarına ve teknik gereksinimlere uygundur.

Epitaksiyel büyüme yöntemine göre sınıflandırma

· Doğrudan epitaksi, büyüyen materyal atomlarının yeterli enerji elde etmesini sağlamak için ısıtma, elektron bombardımanı veya harici elektrik alanı kullanmanın ve epitaksiyel büyümeyi tamamlamak için vakum biriktirme, püskürtme, süblimasyon vb. gibi doğrudan alt tabaka yüzeyine göç etmesini ve birikmesini sağlayan bir yöntemdir. Ancak bu yöntemin ekipman açısından katı gereksinimleri vardır. Filmin direnci ve kalınlığı tekrarlanabilirliği zayıf olduğundan silikon epitaksiyel üretiminde kullanılmamıştır.

· Dolaylı epitaksi, genel olarak kimyasal buhar biriktirme (CVD) olarak adlandırılan, substrat yüzeyinde epitaksiyel katmanları biriktirmek ve büyütmek için kimyasal reaksiyonların kullanılmasıdır. Ancak CVD ile büyütülen ince filmin tek bir ürün olması şart değildir. Bu nedenle, kesin olarak konuşursak, yalnızca tek bir filmi büyüten CVD, epitaksiyel büyümedir. Bu yöntem basit bir donanıma sahiptir ve epitaksiyel katmanın çeşitli parametrelerinin kontrolü daha kolaydır ve iyi bir tekrarlanabilirliğe sahiptir. Şu anda silikon epitaksiyel büyüme esas olarak bu yöntemi kullanmaktadır.

Diğer kategoriler

· Epitaksiyel malzemelerin atomlarını alt tabakaya taşıma yöntemine göre, vakum epitaksi, gaz fazı epitaksi, sıvı faz epitaksi (LPE), vb. olarak ayrılabilir.

·Faz değişim sürecine göre epitaksi ikiye ayrılabilirgaz fazı epitaksi, sıvı faz epitaksi, Vekatı faz epitaksi.

Epitaksiyel işlemle çözülen problemler

·Silikon epitaksiyel büyüme teknolojisi başladığında, silikon yüksek frekanslı ve yüksek güçlü transistör üretiminin zorluklarla karşılaştığı dönemdi. Transistör prensibi açısından bakıldığında yüksek frekans ve yüksek güç elde etmek için kolektör arıza geriliminin yüksek, seri direncinin küçük olması yani doyma gerilim düşümünün küçük olması gerekmektedir. Birincisi, toplayıcı alan malzemesinin özdirencinin yüksek olmasını gerektirirken, ikincisi, toplayıcı alan malzemesinin özdirencinin düşük olmasını gerektirir ve ikisi birbiriyle çelişir. Kolektör alanı malzemesinin kalınlığının inceltilmesiyle seri direncin azaltılması durumunda, silikon levha işlenemeyecek kadar ince ve kırılgan hale gelecektir. Malzemenin özdirenci azalırsa birinci şartla çelişecektir. Epitaksiyel teknoloji bu zorluğu başarıyla çözmüştür.

Çözüm:

· Son derece düşük dirençli bir alt tabaka üzerinde yüksek dirençli bir epitaksiyel katman büyütün ve cihazı epitaksiyel katman üzerinde üretin. Yüksek dirençli epitaksiyel katman, tüpün yüksek bir arıza voltajına sahip olmasını sağlarken, düşük dirençli alt tabaka, alt katmanın direncini ve doyma voltajı düşüşünü azaltır, böylece ikisi arasındaki çelişkiyi çözer.

Ek olarak, buhar fazı epitaksisi, sıvı fazı epitaksisi, moleküler ışın epitaksisi ve 1-V ailesi, 1-V ailesi metal organik bileşik buhar fazı epitaksisi ve GaAs gibi diğer bileşik yarı iletken malzemeler gibi epitaksiyel teknolojiler de büyük ölçüde geliştirilmiştir. ve çoğu mikrodalga fırının üretimi için vazgeçilmez proses teknolojileri haline geldi veoptoelektronik cihazlar.

Özellikle moleküler ışın vemetal organik buharultra-ince katmanlarda, süper örgülerde, kuantum kuyularında, gergin süper örgülerde faz epitaksisi ve atomik düzeyde ince katman epitaksisi, yeni bir yarı iletken araştırma alanı olan "bant mühendisliği" nin geliştirilmesinin temelini attı.

Epitaksiyel büyümenin özellikleri

(1) Yüksek (düşük) dirençli epitaksiyel katmanlar, düşük (yüksek) dirençli alt tabakalar üzerinde epitaksiyel olarak büyütülebilir.

(2) N(P) epitaksiyel katmanlar, doğrudan PN bağlantılarını oluşturmak için P(N) substratlar üzerinde büyütülebilir. Tek alt tabakalar üzerinde difüzyon yoluyla PN bağlantıları yapılırken herhangi bir telafi sorunu yoktur.

(3) Maske teknolojisi ile birleştirildiğinde, belirlenen alanlarda seçici epitaksiyel büyüme gerçekleştirilebilir, böylece entegre devrelerin ve özel yapılara sahip cihazların üretimi için koşullar yaratılabilir.

(4) Dopingin türü ve konsantrasyonu, epitaksiyel büyüme sırasında gerektiği gibi değiştirilebilir. Konsantrasyon değişikliği ani veya kademeli olabilir.

(5) Değişken bileşenlere sahip, heterojen, çok katmanlı, çok bileşenli bileşiklerden oluşan ultra ince katmanlar büyütülebilir.

(6) Epitaksiyel büyüme, malzemenin erime noktasının altındaki bir sıcaklıkta gerçekleştirilebilir. Büyüme hızı kontrol edilebilir ve atomik ölçekte kalınlıkta epitaksiyel büyüme elde edilebilir.

Epitaksiyel büyüme için gereksinimler

(1) Yüzey düz ve parlak olmalı, parlak noktalar, çukurlar, sis lekeleri ve kayma çizgileri gibi yüzey kusurları olmamalıdır.

(2) İyi kristal bütünlüğü, düşük dislokasyon ve istifleme hatası yoğunluğu. İçinsilikon epitaksidislokasyon yoğunluğu 1000/cm2'den az olmalı, istifleme hatası yoğunluğu 10/cm2'den az olmalı ve yüzey kromik asit aşındırma solüsyonu ile aşındırıldıktan sonra parlak kalmalıdır.

(3) Epitaksiyel tabakanın arka plan safsızlık konsantrasyonu düşük olmalı ve daha az telafi gerekli olmalıdır. Hammadde saflığı yüksek olmalı, sistem iyi yalıtılmış olmalı, çevre temiz olmalı ve epitaksiyel tabakaya yabancı yabancı maddelerin karışmasını önlemek için operasyon sıkı olmalıdır.

(4) Heterojen epitaksi için, epitaksiyel katman ve substratın bileşimi aniden değişmeli (yavaş bileşim değişikliği gerekliliği hariç) ve bileşimin epitaksiyel katman ile substrat arasındaki karşılıklı difüzyonu en aza indirilmelidir.

(5) Katkı konsantrasyonu sıkı bir şekilde kontrol edilmeli ve eşit şekilde dağıtılmalıdır, böylece epitaksiyel tabakanın gereksinimleri karşılayan tekdüze bir dirence sahip olması sağlanır. Direncin sağlanması gerekmektedir.epitaksiyel gofretlerAynı fırında farklı fırınlarda yetiştirilenlerin tutarlı olması gerekir.

(6) Epitaksiyel tabakanın kalınlığı, iyi bir tekdüzelik ve tekrarlanabilirlik ile gereksinimleri karşılamalıdır.

(7) Gömülü katmana sahip bir alt tabaka üzerinde epitaksiyel büyümeden sonra, gömülü katman desenindeki bozulma çok küçüktür.

(8) Cihazların seri üretimini kolaylaştırmak ve maliyetleri azaltmak için epitaksiyel levhanın çapı mümkün olduğu kadar büyük olmalıdır.

(9) Termal kararlılıkbileşik yarı iletken epitaksiyel katmanlarve heterojonksiyon epitaksisi iyidir.