Silicium (SI) Epitaxy Preparation Technology

Silicium (SI) Epitaxyvoorbereiding technologie

Wat is epitaxiale groei?

· Enkelkristalmaterialen alleen kunnen niet voldoen aan de behoeften van de groeiende productie van verschillende halfgeleiderapparaten. Eind 1959 kwam er een dun laagje vanenkel kristalmateriaalgroeitechnologie - epitaxiale groei werd ontwikkeld.

Epitaxiale groei is om een ​​laag materiaal te laten groeien dat voldoet aan de vereisten op een enkel kristallen substraat dat zorgvuldig is verwerkt door onder bepaalde omstandigheden te snijden, slijpen en polijsten. Omdat de volwassen enkele productlaag een uitbreiding van het substraatrooster is, wordt de gekweekte materiaallaag een epitaxiale laag genoemd.

Classificatie door de eigenschappen van de epitaxiale laag

·Homogene epitaxie: Deepitaxiale laagis hetzelfde als het substraatmateriaal, waardoor de consistentie van het materiaal behouden blijft en een hoogwaardige productstructuur en elektrische eigenschappen worden bereikt.

·Heterogene epitaxie: Deepitaxiale laagverschilt van het substraatmateriaal. Door een geschikt substraat te selecteren, kunnen de groeiomstandigheden worden geoptimaliseerd en kunnen het toepassingsbereik van het materiaal worden uitgebreid, maar de uitdagingen die worden gebracht door roostermismatch en thermische expansieverschillen moeten worden overwonnen.

Classificatie per apparaatpositie

Positieve epitaxie: verwijst naar de vorming van een epitaxiale laag op het substraatmateriaal tijdens kristalgroei, en het apparaat wordt op de epitaxiale laag gemaakt.

Omgekeerde epitaxie: in tegenstelling tot positieve epitaxie wordt het apparaat direct op het substraat vervaardigd, terwijl de epitaxiale laag wordt gevormd op de apparaatstructuur.

Toepassingsverschillen: de toepassing van de twee in de productie van halfgeleiders is afhankelijk van de vereiste materiaaleigenschappen en apparaatontwerpvereisten, en elk is geschikt voor verschillende processtromen en technische vereisten.

Classificatie volgens epitaxiale groeimethode

· Directe epitaxie is een methode waarbij gebruik wordt gemaakt van verwarming, elektronenbombardement of een extern elektrisch veld om de groeiende materiaalatomen voldoende energie te laten verkrijgen en direct te migreren en af ​​te zetten op het substraatoppervlak om de epitaxiale groei te voltooien, zoals vacuümdepositie, sputteren, sublimatie, enz. Deze methode stelt echter strenge eisen aan de apparatuur. De soortelijke weerstand en dikte van de film hebben een slechte herhaalbaarheid, dus deze is niet gebruikt bij de epitaxiale productie van silicium.

· Indirecte epitaxie is het gebruik van chemische reacties om epitaxiale lagen op het substraatoppervlak af te zetten en te laten groeien, wat in het algemeen chemische dampafzetting (CVD) wordt genoemd. De door CVD gegroeide dunne film is echter niet noodzakelijkerwijs één enkel product. Daarom is strikt genomen alleen CVD die één enkele film laat groeien epitaxiale groei. Deze methode heeft eenvoudige apparatuur en de verschillende parameters van de epitaxiale laag zijn gemakkelijker te controleren en hebben een goede herhaalbaarheid. Momenteel wordt bij de epitaxiale groei van silicium voornamelijk gebruik gemaakt van deze methode.

Andere categorieën

· Volgens de methode voor het transporteren van atomen van epitaxiale materialen naar het substraat, kan deze worden onderverdeeld in vacuümepitaxie, gasfase-epitaxie, vloeistoffase-epitaxie (LPE), enz.

·Volgens het faseveranderingsproces kan epitaxie worden onderverdeeld inepitaxie in de gasfase, epitaxie in de vloeibare fase, Enepitaxie in de vaste fase.

Problemen opgelost door epitaxiaal proces

· Toen de silicium epitaxiale groestechnologie begon, was het de tijd waarin silicium hoogfrequente en krachtige productie van transistor problemen ondervond. Vanuit het perspectief van het transistorprincipe, om hoge frequentie en hoog vermogen te verkrijgen, moet de collectorafbraakspanning hoog zijn en de serieweerstand moet klein zijn, dat wil zeggen dat de verzadigingsspanningsdaling klein moet zijn. De eerste vereist dat de weerstand van het materiaal van het collectorgebied hoog is, terwijl de laatste vereist dat de weerstand van het materiaal van het collectoren laag is en de twee tegenstrijdig zijn. Als de serieweerstand wordt verminderd door de dikte van het verzamelgebiedsmateriaal te verdunnen, zal de siliciumwafer te dun en kwetsbaar zijn om te worden verwerkt. Als de weerstand van het materiaal wordt verminderd, zal dit de eerste vereiste tegenspreken. Epitaxiale technologie heeft deze moeilijkheid met succes opgelost.

Oplossing:

· Kweek een epitaxiale laag met hoge weerstand op een substraat met een extreem lage weerstand en produceert het apparaat op de epitaxiale laag. De epitaxiale laag met hoge weerstand zorgt ervoor dat de buis een hoge afbraakspanning heeft, terwijl het substraat met lage weerstand de weerstand van het substraat en de verzadigingsspanningsval vermindert, waardoor de contradictie tussen de twee wordt opgelost.

Bovendien, epitaxiale technologieën zoals dampfase-epitaxie, epitaxie van vloeibare fase, moleculaire bundelpitaxie en metaal organische samengestelde dampfase epitaxie van 1-V-familie, 1-V-familie en andere samengestelde semiconductor-materialen zoals GaAs zijn ook sterk ontwikkeld en zijn onmisbare procestechnologieën geworden voor de productie van de meeste magnetron enopto-elektronische apparaten.

In het bijzonder de succesvolle toepassing van moleculaire balk enmetalen organische dampfase-epitaxie in ultradunne lagen, superroosters, kwantumputten, gespannen superroosters en dunne-laag-epitaxie op atomair niveau hebben de basis gelegd voor de ontwikkeling van een nieuw gebied van halfgeleideronderzoek, "bandtechniek".

Kenmerken van epitaxiale groei

(1) Hoge (lage) resistentie -epitaxiale lagen kunnen epitaxiaal worden gekweekt op lage (hoge) weerstandssubstraten.

(2) N (P) Epitaxiale lagen kunnen worden gekweekt op P (N) -substraten om direct PN -knooppunten te vormen. Er is geen compensatieprobleem bij het maken van PN -knooppunten op enkele substraten door diffusie.

(3) Gecombineerd met maskertechnologie kan selectieve epitaxiale groei worden uitgevoerd in aangewezen gebieden, waardoor voorwaarden worden gecreëerd voor de productie van geïntegreerde circuits en apparaten met speciale structuren.

(4) Het type en concentratie van doping kan worden gewijzigd als dat nodig is tijdens epitaxiale groei. De concentratieverandering kan abrupt of geleidelijk zijn.

(5) Ultra-dunne lagen van heterogene, meerlagige, multi-componentverbindingen met variabele componenten kunnen worden gekweekt.

(6) Epitaxiale groei kan worden uitgevoerd bij een temperatuur onder het smeltpunt van het materiaal. De groeisnelheid is controleerbaar en epitaxiale groei met een dikte op atomaire schaal kan worden bereikt.

Vereisten voor epitaxiale groei

(1) Het oppervlak moet plat en helder zijn, zonder oppervlaktedefecten zoals heldere plekken, putten, mistvlekken en sliplijnen

(2) Goede kristal -integriteit, lage dislocatie en stapsfoutdichtheid. Voorsilicium epitaxieDe dislocatiedichtheid moet minder dan 1000/cm2 zijn, de stapelfoutdichtheid moet minder dan 10/cm2 zijn en het oppervlak moet helder blijven na corrosie door chroomzuuretsoplossing.

(3) De achtergrondonzuiverheidsconcentratie van de epitaxiale laag moet laag zijn en er moet minder compensatie nodig zijn. De zuiverheid van de grondstoffen moet hoog zijn, het systeem moet goed afgedicht zijn, de omgeving moet schoon zijn en de bediening moet strikt zijn om de opname van vreemde onzuiverheden in de epitaxiale laag te voorkomen.

(4) Voor heterogene epitaxie moet de samenstelling van de epitaxiale laag en het substraat plotseling veranderen (behalve de vereiste van langzame samenstellingsverandering) en moet de wederzijdse diffusie van de samenstelling tussen de epitaxiale laag en het substraat tot een minimum worden beperkt.

(5) De dopingconcentratie moet strikt worden gecontroleerd en gelijkmatig verdeeld, zodat de epitaxiale laag een uniforme weerstand heeft die aan de vereisten voldoet. Het is vereist dat de weerstand vanEpitaxiale wafelsgekweekt in verschillende ovens in dezelfde oven moet consistent zijn.

(6) De dikte van de epitaxiale laag moet aan de eisen voldoen, met een goede uniformiteit en herhaalbaarheid.

(7) Na epitaxiale groei op een substraat met een begraven laag, is de begraven laag patroonvervorming erg klein.

(8) De diameter van de epitaxiale wafel moet zo groot mogelijk zijn om de massaproductie van apparaten te vergemakkelijken en de kosten te verlagen.

(9) De thermische stabiliteit vansamengestelde epitaxiale halfgeleiderlagenEn heterojunctie -epitaxie is goed.