Wat is het epitaxiale proces?

Overzicht van epitaxiale processen

De term "epitaxy" is afgeleid van de Griekse woorden "Epi", "betekent" op "en" taxi's ", wat" geordend ", wat de geordende aard van de kristallijne groei aangeeft. Epitaxie is een cruciaal proces in de fabricage van halfgeleiders, verwijzend naar de groei van een dunne kristallijne laag op een kristallijn substraat. Het epitaxie (EPI) -proces in halfgeleiderfabricage is bedoeld om een ​​fijne laag enkel kristal, meestal ongeveer 0,5 tot 20 micron, op een enkel kristallen substraat af te zetten. Het EPI -proces is een belangrijke stap in de productie van halfgeleiderapparaten, vooral insiliciumwafelFabricage.

Epitaxy zorgt voor de afzetting van dunne films die sterk worden geordend en kunnen worden aangepast voor specifieke elektronische eigenschappen. Dit proces is essentieel voor het creëren van hoogwaardige halfgeleiderapparaten, zoals diodes, transistors en geïntegreerde circuits.

Soorten epitaxie

In het epitaxy -proces wordt de oriëntatie van de groei bepaald door het onderliggende basiskristal.  Er kunnen een of vele epitaxy -lagen zijn, afhankelijk van de herhaling van de afzetting. Het epitaxy -proces kan worden gebruikt om een ​​dunne laag materiaal te vormen dat hetzelfde kan zijn of anders kan zijn dan het onderliggende substraat in termen van chemische samenstelling en structuur. Epitaxie kan worden ingedeeld in twee primaire categorieën op basis van de relatie tussen het substraat en de epitaxiale laag:HomoepitaxieEnHeteroepitaxie.

Vervolgens zullen we de verschillen tussen homoepitaxie en heteroepitaxie analyseren van vier dimensies: Gegroeide laag, kristalstructuur en rooster, voorbeeld en toepassing:

● Homoepitaxie: Dit gebeurt wanneer de epitaxiale laag is gemaakt van hetzelfde materiaal als het substraat.

✔ Gegroeide laag: De epitaxiaal gekweekte laag is van hetzelfde materiaal als de substraatlaag.

✔ Kristalstructuur en rooster: De kristalstructuur en roosterconstante van het substraat en epitaxiale laag zijn hetzelfde.

✔ Voorbeeld: Epitaxiale groei van zeer zuiver silicium over substraat -silicium.

✔ Toepassing: Semiconductor -apparaatconstructie waar lagen van verschillende dopingniveaus vereist zijn of pure films op substraten die minder zuiver zijn.

● Heteroepitaxy: Dit houdt in dat verschillende materialen worden gebruikt voor de laag en het substraat, zoals het kweken van aluminium galliumarsenide (AlaaS) op galliumarsenide (GaAs). Succesvolle heteroepitaxie vereist vergelijkbare kristalstructuren tussen de twee materialen om defecten te minimaliseren.

✔ Gegroeide laag: De epitaxiaal gekweekte laag is van een ander materiaal dan de substraatlaag.

✔ Kristalstructuur en rooster: De kristalstructuur en roosterconstante van het substraat en epitaxiale laag zijn verschillend.

✔ Voorbeeld: Epitaxiaal groeiend galliumarsenide op een siliconensubstraat.

✔ Toepassing: Halfgeleiderapparaatconstructie waar lagen van verschillende materialen nodig zijn of om een ​​kristallijne film te bouwen van een materiaal dat niet beschikbaar is als een enkel kristal.

Factoren die het EPI -proces beïnvloeden bij de fabricage van halfgeleiders:

✔ Temperatuur: Beïnvloedt de epitaxy -snelheid en epitaxiale laagdichtheid. De temperatuur die nodig is voor het epitaxie -proces is hoger dan kamertemperatuur en de waarde hangt af van het type epitaxie.

✔ Druk: Beïnvloedt de epitaxy -snelheid en epitaxiale laagdichtheid.

✔ Defecten: Defecten in de epitaxy leiden tot defecte wafels. De fysieke omstandigheden die nodig zijn voor het EPI-proces moeten worden gehandhaafd voor niet-defectieve groei van epitaxiale laag.

✔ Gewenste positie: De epitaxiale groei moet in de juiste posities op het kristal staan. De regio's die moeten worden uitgesloten van het epitaxiale proces, moeten correct worden gefilmd om groei te voorkomen.

✔ Autodoping: Aangezien het epitaxy -proces wordt uitgevoerd bij hoge temperaturen, kunnen dopantatomen in staat zijn om variaties in het materiaal te brengen.

Epitaxiale groeipechnieken

Er zijn verschillende methoden om het epitaxieproces uit te voeren: epitaxie van vloeibare fase, hybride dampfase epitaxie, epitaxie van vaste fase, de afzetting van de atoomlaag, chemische dampafzetting, moleculaire bundelpitaxie, etc. Laten we de twee Epitaxy -processen vergelijken: CVD en MBE.

Epitaxiale groeimodi

Epitaxy -groeimodi: Epitaxiale groei kan optreden door verschillende modi, die beïnvloeden hoe lagen zich vormen:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): Gekenmerkt door driedimensionale eilandgroei waarbij nucleatie plaatsvindt vóór continue filmvorming.

✔ (b)Frank-Van der Merwe (FM): Betreft de groei van laag voor laag, het bevorderen van een uniforme dikte.

✔ (c) De zijkastanen (SK): Een combinatie van VW en FM, beginnend met laaggroei die overgaat in eilandvorming nadat een kritieke dikte is bereikt.

Epitaxy -groei's belang in de productie van halfgeleiders

Epitaxy is van vitaal belang voor het verbeteren van de elektrische eigenschappen van halfgeleiderwafels. Het vermogen om dopingprofielen te regelen en specifieke materiaalkenmerken te bereiken, maakt epitaxie onmisbaar in moderne elektronica.

Bovendien zijn epitaxiale processen steeds belangrijker bij het ontwikkelen van krachtige sensoren en krachtelektronica, hetgeen de lopende vorderingen in halfgeleidertechnologie weerspiegelen. De precisie vereist bij het besturen van parameters zoalsTemperatuur, druk en gasdebietTijdens epitaxiale groei is van cruciaal belang voor het bereiken van kristallijne lagen van hoge kwaliteit met minimale defecten.