Технологія приготування кремній(Si) епітаксії

Кремнієва (Si) епітаксіятехнологія приготування

Що таке епітаксійне зростання?

·Одні тільки монокристалічні матеріали не можуть задовольнити потреби зростаючого виробництва різних напівпровідникових приладів. Наприкінці 1959 р. тонким шаром смонокристалрозроблено технологію вирощування матеріалів – епітаксійне нарощування.

Епітаксійне зростання полягає у вирощуванні шару матеріалу, який відповідає вимогам, на монокристалічній підкладці, яка була ретельно оброблена шляхом різання, шліфування та полірування за певних умов. Оскільки вирощений окремий шар продукту є продовженням решітки підкладки, шар вирощеного матеріалу називається епітаксійним шаром.

Класифікація за властивостями епітаксійного шару

·Гомогенна епітаксія: Theепітаксіальний шарє таким самим, як і матеріал підкладки, який підтримує консистенцію матеріалу та допомагає досягти високоякісної структури продукту та електричних властивостей.

·Гетерогенна епітаксія: Theепітаксіальний шарвідрізняється від матеріалу підкладки. Вибравши відповідну підкладку, можна оптимізувати умови росту та розширити діапазон застосування матеріалу, але необхідно подолати проблеми, пов’язані з невідповідністю ґрат і різницею теплового розширення.

Класифікація за положенням пристрою

Позитивна епітаксія: означає утворення епітаксійного шару на матеріалі підкладки під час росту кристала, і пристрій виготовлено на епітаксійному шарі.

Зворотна епітаксія: на відміну від позитивної епітаксії, пристрій виготовляється безпосередньо на підкладці, тоді як епітаксійний шар формується на структурі пристрою.

Відмінності у застосуванні: застосування обох у виробництві напівпровідників залежить від необхідних властивостей матеріалу та вимог до конструкції пристрою, і кожен підходить для різних процесів і технічних вимог.

Класифікація методом епітаксійного росту

· Пряма епітаксія — це метод використання нагрівання, електронного бомбардування або зовнішнього електричного поля, щоб змусити атоми матеріалу, що ростуть, отримати достатню кількість енергії, а також безпосередньо мігрувати та осідати на поверхні підкладки для завершення епітаксійного росту, наприклад, вакуумне осадження, розпилення, сублімація тощо Однак цей метод має жорсткі вимоги до обладнання. Питомий опір і товщина плівки мають погану повторюваність, тому її не використовували в епітаксійному виробництві кремнію.

· Непряма епітаксія — це використання хімічних реакцій для осадження та нарощування епітаксійних шарів на поверхні підкладки, що широко називається хімічним осадженням з газової фази (CVD). Однак тонка плівка, вирощена за допомогою CVD, не обов’язково є одним продуктом. Тому, строго кажучи, епітаксійним ростом є тільки CVD, який вирощує одну плівку. Цей метод має просте обладнання, а різні параметри епітаксійного шару легше контролювати та мають хорошу повторюваність. В даний час епітаксійне вирощування кремнію в основному використовує цей метод.

Інші категорії

· Відповідно до методу транспортування атомів епітаксійних матеріалів до підкладки, його можна розділити на вакуумну епітаксію, епітаксію в газовій фазі, епітаксію в рідинній фазі (LPE) тощо.

·За процесом зміни фази епітаксію можна розділити нагазофазна епітаксія, рідкофазна епітаксія, ітвердофазної епітаксії.

Проблеми, які вирішуються епітаксіальним процесом

· Коли почалася технологія епітаксійного вирощування кремнію, це був час, коли виробництво кремнієвих високочастотних і потужних транзисторів зіткнулося з труднощами. З точки зору транзисторного принципу, щоб отримати високу частоту та високу потужність, напруга пробою колектора має бути високою, а послідовний опір має бути малим, тобто падіння напруги насичення має бути малим. Перший вимагає, щоб питомий опір матеріалу колекторної зони був високим, тоді як останній вимагає низького питомого опору матеріалу колекторної зони, і обидва суперечливі. Якщо послідовний опір зменшити шляхом зменшення товщини матеріалу зони колектора, кремнієва пластина буде занадто тонкою та крихкою для обробки. Якщо питомий опір матеріалу зменшити, це буде суперечити першій вимозі. Епітаксіальна технологія успішно вирішила цю проблему.

рішення:

· Виростіть високоомний епітаксійний шар на підкладці з надзвичайно низьким питомим опором і виготовте пристрій на епітаксіальному шарі. Епітаксіальний шар з високим опором забезпечує високу напругу пробою трубки, тоді як підкладка з низьким опором зменшує опір підкладки та падіння напруги насичення, таким чином усуваючи протиріччя між ними.

Крім того, значно розвинули такі епітаксійні технології, як парофазна епітаксія, рідкофазна епітаксія, молекулярно-променева епітаксія та епітаксія з парової фази металоорганічної сполуки сімейства 1-V, сімейства 1-V та інших складних напівпровідникових матеріалів, таких як GaAs. і стали незамінними технологічними процесами для виробництва більшості мікрохвильових печей іоптико-електронні прилади.

Зокрема, успішне застосування молекулярного пучка іметалеві органічні парифазова епітаксія в надтонких шарах, надгратках, квантових ямах, напружених надгратках і тонкошарова епітаксія на атомному рівні заклала основу для розвитку нової галузі досліджень напівпровідників, «інженерії зон».

Характеристика епітаксійного росту

(1) Епітаксійні шари з високим (низьким) опором можна вирощувати епітаксіально на підкладках з низьким (високим) опором.

(2) Епітаксійні шари N(P) можна вирощувати на підкладках P(N) для безпосереднього формування PN-переходів. Немає проблеми компенсації при створенні PN-переходів на окремих підкладках шляхом дифузії.

(3) У поєднанні з технологією маски вибіркове епітаксійне зростання може здійснюватися у визначених областях, створюючи умови для виробництва інтегральних схем і пристроїв зі спеціальною структурою.

(4) Тип і концентрацію легування можна змінювати за потреби під час епітаксійного росту. Зміна концентрації може бути різкою або поступовою.

(5) Можна вирощувати надтонкі шари гетерогенних, багатошарових, багатокомпонентних сполук зі змінними компонентами.

(6) Епітаксійне зростання може здійснюватися при температурі нижче температури плавлення матеріалу. Швидкість росту можна контролювати, і можна досягти епітаксіального зростання товщини в атомарному масштабі.

Вимоги до епітаксійного росту

(1) Поверхня має бути рівною та яскравою, без таких дефектів, як яскраві плями, ямки, плями туману та лінії ковзання

(2) Хороша кристалічна цілісність, низька дислокація та щільність дефектів укладання. длякремнієва епітаксія, щільність дислокацій повинна бути менше ніж 1000/см2, щільність дефектів упаковки повинна бути менше ніж 10/см2, а поверхня повинна залишатися яскравою після корозії травильним розчином хромової кислоти.

(3) Концентрація фонової домішки в епітаксійному шарі має бути низькою, і потрібно менше компенсації. Чистота сировини має бути високою, система має бути добре герметичною, навколишнє середовище має бути чистим, а операція має бути суворою, щоб уникнути включення сторонніх домішок в епітаксійний шар.

(4) Для гетерогенної епітаксії склад епітаксійного шару та підкладки повинен змінюватися раптово (за винятком вимоги повільної зміни складу), а взаємна дифузія складу між епітаксійним шаром і підкладкою повинна бути мінімізована.

(5) Концентрацію легування слід суворо контролювати та рівномірно розподіляти, щоб епітаксійний шар мав рівномірний питомий опір, який відповідає вимогам. Необхідно, щоб питомий опірепітаксіальні пластинивирощені в різних печах в одній печі повинні бути узгодженими.

(6) Товщина епітаксійного шару повинна відповідати вимогам, з хорошою однорідністю та повторюваністю.

(7) Після епітаксійного вирощування на підкладці з прихованим шаром спотворення структури прихованого шару є дуже малим.

(8) Діаметр епітаксіальної пластини має бути якомога більшим, щоб полегшити масове виробництво пристроїв і зменшити витрати.

(9) Термічна стабільністьскладні напівпровідникові епітаксійні шариі епітаксія гетеропереходу хороша.