Silicium(Si)-epitaksipræparationsteknologi

Silicium(Si)-epitaksiforberedelsesteknologi

Hvad er epitaksial vækst?

· Enkeltkrystalmaterialer alene kan ikke opfylde behovene i den voksende produktion af forskellige halvlederenheder. I slutningen af ​​1959 blev et tyndt lag afenkelt krystalmaterialevækstteknologi - epitaksial vækst blev udviklet.

Epitaksial vækst er at dyrke et lag materiale, der opfylder kravene på et enkelt krystalsubstrat, der er blevet omhyggeligt behandlet ved skæring, slibning og polering under visse forhold. Da det dyrkede enkelt produktlag er en forlængelse af substratgitteret, kaldes det dyrkede materialelag et epitaksielt lag.

Klassificering efter det epitaksiale lags egenskaber

·Homogen epitaksi: Detepitaksialt lager det samme som substratmaterialet, som bevarer materialets konsistens og hjælper med at opnå højkvalitets produktstruktur og elektriske egenskaber.

·Heterogen epitaksi: Detepitaksialt lager forskellig fra substratmaterialet. Ved at vælge et passende underlag kan vækstbetingelserne optimeres, og materialets anvendelsesområde kan udvides, men udfordringerne som følge af gittermismatch og termiske ekspansionsforskelle skal overvindes.

Klassificering efter enhedsposition

Positiv epitaksi: refererer til dannelsen af ​​et epitaksielt lag på substratmaterialet under krystalvækst, og enheden er lavet på det epitaksiale lag.

Omvendt epitaksi: I modsætning til positiv epitaksi er enheden fremstillet direkte på substratet, mens det epitaksiale lag er dannet på enhedens struktur.

Anvendelsesforskelle: Anvendelsen af ​​de to i halvlederfremstilling afhænger af de nødvendige materialeegenskaber og krav til enhedsdesign, og hver er egnet til forskellige procesflows og tekniske krav.

Klassificering efter epitaksial vækstmetode

· Direkte epitaksi er en metode til at bruge opvarmning, elektronbombardement eller eksternt elektrisk felt for at få de voksende materialeatomer til at opnå tilstrækkelig energi og direkte migrere og aflejre på substratoverfladen for at fuldføre epitaksial vækst, såsom vakuumaflejring, sputtering, sublimering osv. Denne metode har dog strenge krav til udstyr. Resistiviteten og tykkelsen af ​​filmen har dårlig repeterbarhed, så den er ikke blevet brugt i silicium epitaksial produktion.

· Indirekte epitaksi er brugen af ​​kemiske reaktioner til at afsætte og vokse epitaksiale lag på substratoverfladen, hvilket i store træk kaldes kemisk dampaflejring (CVD). Den tynde film, der dyrkes af CVD, er dog ikke nødvendigvis et enkelt produkt. Derfor er det strengt taget kun CVD, der vokser en enkelt film, der er epitaksial vækst. Denne metode har simpelt udstyr, og de forskellige parametre i det epitaksiale lag er lettere at kontrollere og har god repeterbarhed. På nuværende tidspunkt bruger silicium epitaksial vækst hovedsageligt denne metode.

Andre kategorier

·I henhold til metoden til at transportere atomer af epitaksiale materialer til substratet kan det opdeles i vakuumepitaksi, gasfaseepitaksi, væskefaseepitaksi (LPE) osv.

·Ifølge faseændringsprocessen kan epitaksi opdeles igasfase epitaksi, flydende fase epitaksi, ogfast fase epitaksi.

Problemer løst ved epitaksial proces

·Da silicium epitaksial vækstteknologi begyndte, var det tidspunktet, hvor silicium højfrekvente og højeffekttransistorfremstilling stødte på vanskeligheder. Fra transistorprincippets perspektiv skal kollektorens nedbrydningsspænding være høj for at opnå høj frekvens og høj effekt, og seriemodstanden skal være lille, det vil sige, at mætningsspændingsfaldet skal være lille. Førstnævnte kræver, at resistiviteten af ​​kollektorarealmaterialet er høj, mens sidstnævnte kræver, at resistiviteten af ​​kollektorarealmaterialet er lav, og de to er modstridende. Hvis seriemodstanden reduceres ved at fortynde tykkelsen af ​​opsamlerområdets materiale, vil siliciumwaferen være for tynd og skrøbelig til at blive behandlet. Hvis materialets resistivitet reduceres, vil det modsige det første krav. Epitaksial teknologi har med succes løst denne vanskelighed.

Løsning:

· Dyrk et epitaksialt lag med høj resistivitet på et substrat med ekstremt lav resistivitet, og fremstille enheden på det epitaksiale lag. Det epitaksiale lag med høj resistivitet sikrer, at røret har en høj gennembrudsspænding, mens substratet med lav resistivitet reducerer substratets modstand og mætningsspændingsfaldet og løser dermed modsætningen mellem de to.

Derudover er epitaksiale teknologier såsom dampfaseepitaksi, væskefaseepitaksi, molekylærstråleepitaksi og metalorganisk forbindelse dampfaseepitaksi af 1-V-familien, 1-V-familien og andre sammensatte halvledermaterialer såsom GaAs også blevet stærkt udviklet og er blevet uundværlige procesteknologier til fremstilling af de fleste mikrobølgeovne ogoptoelektroniske enheder.

Især den vellykkede anvendelse af molekylær stråle ogmetal organisk dampfaseepitaksi i ultratynde lag, supergitter, kvantebrønde, spændte supergitter og tyndtlagsepitaxi på atomniveau har lagt grundlaget for udviklingen af ​​et nyt felt af halvlederforskning, "båndteknik".

Karakteristika for epitaksial vækst

(1) Epitaksiale lag med høj (lav) modstand kan dyrkes epitaksialt på substrater med lav (høj) modstand.

(2) N(P)-epitaksiale lag kan dyrkes på P(N)-substrater for direkte at danne PN-forbindelser. Der er intet kompensationsproblem, når man laver PN-forbindelser på enkelte underlag ved diffusion.

(3) Kombineret med masketeknologi kan selektiv epitaksial vækst udføres i udpegede områder, hvilket skaber betingelser for produktion af integrerede kredsløb og enheder med specielle strukturer.

(4) Typen og koncentrationen af ​​doping kan ændres efter behov under epitaksial vækst. Koncentrationsændringen kan være brat eller gradvis.

(5) Ultratynde lag af heterogene, flerlags, multikomponentforbindelser med variable komponenter kan dyrkes.

(6) Epitaksial vækst kan udføres ved en temperatur under materialets smeltepunkt. Væksthastigheden er kontrollerbar, og epitaksial vækst i atomskalatykkelse kan opnås.

Krav til epitaksial vækst

(1) Overfladen skal være flad og lys, uden overfladedefekter såsom lyse pletter, gruber, tågepletter og glidelinjer

(2) God krystalintegritet, lav dislokation og stablingsfejlstæthed. Tilsilicium epitaksi, skal dislokationstætheden være mindre end 1000/cm2, stablingsfejlstætheden skal være mindre end 10/cm2, og overfladen skal forblive lys efter at være blevet korroderet af kromsyreætseopløsning.

(3) Baggrundskoncentrationen af ​​urenheder i det epitaksiale lag bør være lav, og mindre kompensation bør være påkrævet. Råmaterialets renhed skal være høj, systemet skal være godt forseglet, miljøet skal være rent, og operationen skal være streng for at undgå inkorporering af fremmede urenheder i det epitaksiale lag.

(4) For heterogen epitaksi bør sammensætningen af ​​det epitaksiale lag og substratet ændre sig pludseligt (bortset fra kravet om langsom sammensætningsændring), og den gensidige diffusion af sammensætningen mellem det epitaksiale lag og substratet bør minimeres.

(5) Dopingkoncentrationen bør være strengt kontrolleret og jævnt fordelt, således at det epitaksiale lag har en ensartet resistivitet, der opfylder kravene. Det kræves, at resistiviteten afepitaksiale wafersdyrket i forskellige ovne i samme ovn bør være konsekvente.

(6) Tykkelsen af ​​det epitaksiale lag skal opfylde kravene med god ensartethed og repeterbarhed.

(7) Efter epitaksial vækst på et substrat med et nedgravet lag, er den nedgravede lagmønsterforvrængning meget lille.

(8) Diameteren af ​​den epitaksiale wafer bør være så stor som muligt for at lette masseproduktion af enheder og reducere omkostningerne.

(9) Den termiske stabilitet afsammensatte halvledere epitaksiale lagog heterojunction-epitaksi er god.