Räni (Si) epitaksi valmistamise tehnoloogia

Räni (Si) epitaksiavalmistamise tehnoloogia

Mis on epitaksiaalne kasv?

·Ükskristallmaterjalid üksi ei suuda rahuldada erinevate pooljuhtseadmete kasvava tootmise vajadusi. 1959. aasta lõpus õhuke kihtüksik kristallmaterjali kasvu tehnoloogia – töötati välja epitaksiaalne kasv.

Epitaksiaalne kasv tähendab nõuetele vastava materjalikihi kasvatamist monokristallsubstraadil, mida on teatud tingimustel hoolikalt töödeldud lõikamise, lihvimise ja poleerimisega. Kuna kasvatatud üksikproduktikiht on substraadivõre pikendus, nimetatakse kasvatatud materjalikihti epitaksiaalseks kihiks.

Klassifikatsioon epitaksiaalse kihi omaduste järgi

·Homogeenne epitaksia:epitaksiaalne kihton sama mis alusmaterjali materjal, mis säilitab materjali konsistentsi ning aitab saavutada kvaliteetset tootestruktuuri ja elektrilisi omadusi.

·Heterogeenne epitaksia:epitaksiaalne kihterineb substraadi materjalist. Sobiva substraadi valikuga saab optimeerida kasvutingimusi ja laiendada materjali kasutusala, kuid ületada tuleb võre ebakõla ja soojuspaisumise erinevustega kaasnevad väljakutsed.

Klassifikatsioon seadme asukoha järgi

Positiivne epitaksia: viitab epitaksiaalse kihi moodustumisele substraadi materjalile kristallide kasvu ajal ja seade on valmistatud epitaksiaalsel kihil.

Vastupidine epitaksia: erinevalt positiivsest epitaksikast toodetakse seade otse substraadile, samal ajal kui epitaksiaalne kiht moodustatakse seadme struktuurile.

Kasutuserinevused: nende kahe rakendamine pooljuhtide tootmisel sõltub nõutavatest materjali omadustest ja seadme konstruktsiooninõuetest ning igaüks sobib erinevate protsessivoogude ja tehniliste nõuete jaoks.

Klassifikatsioon epitaksiaalse kasvu meetodi järgi

· Otsene epitaksia on meetod kuumutamise, elektronpommitamise või välise elektrivälja kasutamiseks, et kasvatava materjali aatomid saaksid piisavalt energiat ning migreeruksid ja ladestuksid substraadi pinnale, et viia lõpule epitaksiaalne kasv, nagu vaakum-sadestamine, pihustamine, sublimatsioon jne. Sellel meetodil on aga seadmetele ranged nõuded. Kile eritakistus ja paksus on halva korratavusega, mistõttu pole seda räni epitaksiaalses tootmises kasutatud.

· Kaudne epitaksia on keemiliste reaktsioonide kasutamine epitaksiaalsete kihtide ladestamiseks ja kasvatamiseks substraadi pinnale, mida laias laastus nimetatakse keemiliseks aursadeseks (CVD). Kuid CVD abil kasvatatud õhuke kile ei pruugi olla üks toode. Seetõttu on rangelt võttes epitaksiaalne kasv ainult CVD, mis kasvatab ühte kilet. Sellel meetodil on lihtne varustus ning epitaksiaalse kihi erinevaid parameetreid on lihtsam kontrollida ja neil on hea korratavus. Praegu kasutatakse seda meetodit peamiselt räni epitaksiaalseks kasvatamiseks.

Muud kategooriad

· Vastavalt epitaksiaalsete materjalide aatomite substraadile transportimise meetodile võib selle jagada vaakum-, gaasifaasi-, vedelfaasi-epitaksikaks (LPE) jne.

·Vastavalt faasimuutusprotsessile võib epitaksia jagadagaasifaasi epitaksia, vedelfaasi epitaksiajatahke faasi epitaksia.

Probleemid lahendatakse epitaksiaalse protsessiga

· Kui räni epitaksiaalse kasvu tehnoloogia algas, tekkis räni kõrgsagedusliku ja suure võimsusega transistori tootmine raskustesse. Transistori põhimõtte seisukohalt peab kõrge sageduse ja suure võimsuse saamiseks kollektori läbilöögipinge olema kõrge ja jadatakistus väike, see tähendab, et küllastuspinge langus peab olema väike. Esimene nõuab, et kollektoripinna materjali eritakistus oleks kõrge, teine ​​aga, et kollektoripinna materjali takistus oleks väike, ja need kaks on vastuolulised. Kui seeriatakistust vähendatakse kollektoripinna materjali paksuse lahjendamisega, on räniplaat töötlemiseks liiga õhuke ja habras. Kui materjali eritakistust vähendada, on see vastuolus esimese nõudega. Epitaksiaaltehnoloogia on selle raskuse edukalt lahendanud.

Lahendus:

· Kasvatage ülimadala takistusega substraadile suure takistusega epitaksiaalkiht ja valmistage seade epitaksiaalsele kihile. Kõrge eritakistusega epitaksiaalkiht tagab toru kõrge läbilöögipinge, samas kui madala eritakistusega substraat vähendab põhimiku takistust ja küllastuspinge langust, lahendades seega vastuolu nende kahe vahel.

Lisaks on suurel määral arendatud ka selliseid epitaksiaalseid tehnoloogiaid nagu aurufaasi epitaksia, vedelfaasi epitaksia, molekulaarkiire epitaksia ja 1-V perekonna, 1-V perekonna ja muude liitpooljuhtmaterjalide, näiteks GaA-de, metalli orgaaniliste ühendite aurufaasi epitaksia. ja on muutunud asendamatuteks protsessitehnoloogiateks enamiku mikrolaine- jaoptoelektroonilised seadmed.

Eelkõige edukas rakendamine molekulaarkiire jametalli orgaaniline aurfaasiepitaksia üliõhukestes kihtides, supervõredes, kvantkaevudes, pingestatud supervõredes ja aatomitasemel õhukese kihi epitaksia on pannud aluse pooljuhtide uurimise uue valdkonna, "ribatehnoloogia" arendamisele.

Epitaksiaalse kasvu tunnused

(1) Kõrge (madala) takistusega epitaksiaalseid kihte saab kasvatada epitaksiaalselt madala (kõrge) resistentsusega substraatidel.

(2) N(P) epitaksiaalseid kihte saab kasvatada P(N) substraatidel, et moodustada otseselt PN-ühendusi. PN-ühenduste tegemisel üksikutel aluspindadel difusiooni teel kompensatsiooniprobleemi ei teki.

(3) Koos maskitehnoloogiaga saab selleks ettenähtud kohtades teostada selektiivset epitaksiaalset kasvu, luues tingimused integraallülituste ja eristruktuuriga seadmete tootmiseks.

(4) Dopingu tüüpi ja kontsentratsiooni saab epitaksiaalse kasvu ajal vastavalt vajadusele muuta. Kontsentratsiooni muutus võib olla järsk või järkjärguline.

(5) Võib kasvatada üliõhukesi kihte heterogeenseid, mitmekihilisi, mitmekomponentseid muutuvate komponentidega ühendeid.

(6) Epitaksiaalset kasvu võib läbi viia temperatuuril, mis on madalam kui materjali sulamistemperatuur. Kasvukiirus on kontrollitav ja on võimalik saavutada aatomi skaala paksuse epitaksiaalne kasv.

Epitaksiaalse kasvu nõuded

(1) Pind peab olema tasane ja hele, ilma pinnadefektideta, nagu heledad laigud, lohud, uduplekid ja libisemisjooned

(2) Hea kristallide terviklikkus, madal dislokatsioon ja virnastamisvigade tihedus. Sesträni epitaksia, dislokatsioonitihedus peaks olema väiksem kui 1000/cm2, virnastamisvea tihedus peaks olema väiksem kui 10/cm2 ja pind peaks pärast kroomhappe söövituslahusega korrodeerimist jääma heledaks.

(3) Epitaksiaalse kihi lisandite taustkontsentratsioon peaks olema madal ja vaja on vähem kompensatsiooni. Tooraine puhtus peaks olema kõrge, süsteem peab olema hästi suletud, keskkond peaks olema puhas ja toimimine peaks olema range, et vältida võõrlisandite sattumist epitaksiaalsesse kihti.

(4) Heterogeense epitaksi korral peaks epitaksiaalse kihi ja substraadi koostis järsult muutuma (välja arvatud aeglase koostise muutumise nõue) ning koostise vastastikune difusioon epitaksiaalse kihi ja substraadi vahel peaks olema minimaalne.

(5) Dopingu kontsentratsiooni tuleks rangelt kontrollida ja jaotada ühtlaselt nii, et epitaksiaalsel kihil oleks ühtlane, nõuetele vastav takistus. Nõutakse, et takistusepitaksiaalsed vahvlidkasvatatud erinevates ahjudes samas ahjus peaks olema järjepidev.

(6) Epitaksiaalse kihi paksus peaks vastama nõuetele ning olema hea ühtluse ja korratavusega.

(7) Pärast epitaksiaalset kasvu mattunud kihiga substraadil on maetud kihi mustri moonutamine väga väike.

(8) Epitaksiaalse vahvli läbimõõt peaks olema võimalikult suur, et hõlbustada seadmete masstootmist ja vähendada kulusid.

(9) Termiline stabiilsusliitpooljuhtide epitaksiaalsed kihidja heteroühenduse epitaksia on hea.