เทคโนโลยีการเตรียม epitaxy ซิลิคอน (SI)

epitaxy ซิลิคอน (SI)เทคโนโลยีการเตรียมการ

การเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวคืออะไร?

·วัสดุผลึกเดี่ยวเพียงอย่างเดียวไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ต่างๆ ที่กำลังเติบโตได้ เมื่อปลายปี พ.ศ.2502 มีชั้นบางๆ ของคริสตัลเดี่ยวเทคโนโลยีการเจริญเติบโตของวัสดุ - การเติบโตของ epitaxial ได้รับการพัฒนา

การเติบโตของ Epitaxial คือการขยายชั้นของวัสดุที่ตรงกับข้อกำหนดของพื้นผิวคริสตัลเดี่ยวที่ได้รับการประมวลผลอย่างระมัดระวังโดยการตัดการบดและการขัดภายใต้เงื่อนไขบางประการ เนื่องจากเลเยอร์ผลิตภัณฑ์เดี่ยวที่โตขึ้นเป็นส่วนขยายของ lattice พื้นผิวชั้นวัสดุที่ปลูกเรียกว่าชั้น epitaxial

จำแนกตามคุณสมบัติของชั้นเอพิแทกเซียล

·เยื่อบุผิวที่เป็นเนื้อเดียวกัน: เดอะชั้น Epitaxialเหมือนกับวัสดุพื้นผิวซึ่งรักษาความสอดคล้องของวัสดุและช่วยให้บรรลุโครงสร้างผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงและคุณสมบัติทางไฟฟ้า

·epitaxy ที่ต่างกัน: เดอะชั้น Epitaxialแตกต่างจากวัสดุพื้นผิว ด้วยการเลือกพื้นผิวที่เหมาะสมเงื่อนไขการเจริญเติบโตสามารถปรับให้เหมาะสมและช่วงการใช้งานของวัสดุสามารถขยายได้ แต่ความท้าทายที่เกิดจากความไม่ตรงกันของตาข่ายและความแตกต่างของการขยายตัวทางความร้อนจะต้องเอาชนะได้

การจำแนกตามตำแหน่งอุปกรณ์

epitaxy บวก: หมายถึงการก่อตัวของชั้น epitaxial บนวัสดุพื้นผิวในระหว่างการเจริญเติบโตของคริสตัลและอุปกรณ์จะทำบนชั้น epitaxial

Reverse epitaxy: ตรงกันข้ามกับ epitaxy เชิงบวก อุปกรณ์ถูกผลิตขึ้นโดยตรงบนพื้นผิว ในขณะที่ชั้น epitaxy ถูกสร้างขึ้นบนโครงสร้างของอุปกรณ์

ความแตกต่างของการใช้งาน: การใช้ทั้งสองอย่างในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุที่ต้องการและข้อกำหนดในการออกแบบอุปกรณ์ และแต่ละอย่างก็เหมาะสำหรับการไหลของกระบวนการและข้อกำหนดทางเทคนิคที่แตกต่างกัน

จำแนกประเภทตามวิธีการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว

· เยื่อบุผิวโดยตรงเป็นวิธีการใช้ความร้อน การทิ้งระเบิดอิเล็กตรอน หรือสนามไฟฟ้าภายนอกเพื่อทำให้อะตอมของวัสดุที่กำลังเติบโตได้รับพลังงานเพียงพอ และเคลื่อนย้ายและสะสมบนพื้นผิวของสารตั้งต้นโดยตรงเพื่อให้การเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวสมบูรณ์ เช่น การสะสมของสุญญากาศ การสปัตเตอร์ การระเหิด ฯลฯ อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับอุปกรณ์ ความต้านทานและความหนาของฟิล์มมีความสามารถในการทำซ้ำได้ต่ำ ดังนั้นจึงไม่ได้ใช้ในการผลิตซิลิกอนเอพิแทกเซียล

· เยื่อบุผิวทางอ้อมคือการใช้ปฏิกิริยาเคมีเพื่อสะสมและขยายชั้นเยื่อบุผิวบนพื้นผิวของสารตั้งต้น ซึ่งเรียกอย่างกว้างๆ ว่าการสะสมไอสารเคมี (CVD) อย่างไรก็ตาม ฟิล์มบางที่ปลูกโดย CVD ไม่จำเป็นต้องเป็นผลิตภัณฑ์เดียวเสมอไป ดังนั้น หากพูดอย่างเคร่งครัด มีเพียง CVD ที่เติบโตในชั้นฟิล์มเพียงชั้นเดียวเท่านั้นที่จะเติบโตในชั้นเยื่อบุผิว วิธีนี้มีอุปกรณ์ง่ายๆ และพารามิเตอร์ต่างๆ ของชั้น epitaxis นั้นควบคุมได้ง่ายกว่าและมีการทำซ้ำได้ดี ปัจจุบันการเจริญเติบโตของซิลิคอนอีพิเทกเซียลใช้วิธีนี้เป็นหลัก

หมวดหมู่อื่นๆ

·ตามวิธีการขนส่งอะตอมของวัสดุ epitaxial ไปยังสารตั้งต้นมันสามารถแบ่งออกเป็น epitaxy สูญญากาศ, epitaxy เฟสก๊าซ, epitaxy เฟสของเหลว (LPE) ฯลฯ

·ตามกระบวนการเปลี่ยนเฟส เยื่อบุผิวสามารถแบ่งออกได้เป็นepitaxy เฟสก๊าซ, epitaxy เฟสของเหลว, และepitaxy เฟสโซลิด.

ปัญหาได้รับการแก้ไขโดยกระบวนการ epitaxis

·เมื่อเทคโนโลยีการเติบโตของซิลิคอนเอปิแอกเซียลเริ่มต้นขึ้น ก็เป็นช่วงเวลาที่การผลิตทรานซิสเตอร์ความถี่สูงและกำลังสูงของซิลิคอนประสบปัญหา จากมุมมองของหลักการของทรานซิสเตอร์ เพื่อให้ได้ความถี่สูงและกำลังสูง แรงดันพังทลายของตัวสะสมจะต้องสูงและความต้านทานอนุกรมต้องมีน้อย กล่าวคือ แรงดันตกคร่อมอิ่มตัวจะต้องมีน้อย แบบแรกต้องการความต้านทานของวัสดุบริเวณตัวรวบรวมให้สูง ในขณะที่แบบหลังต้องการความต้านทานของวัสดุบริเวณตัวรวบรวมให้ต่ำ และทั้งสองขัดแย้งกัน หากความต้านทานอนุกรมลดลงโดยการลดความหนาของวัสดุบริเวณตัวรวบรวม เวเฟอร์ซิลิคอนจะบางเกินไปและเปราะบางเกินกว่าจะนำไปแปรรูปได้ หากความต้านทานของวัสดุลดลง จะขัดแย้งกับข้อกำหนดแรก เทคโนโลยี Epitaxis สามารถแก้ไขปัญหานี้ได้สำเร็จ

สารละลาย:

·ขยายชั้น epitaxial ที่มีความต้านทานสูงบนพื้นผิวที่มีความต้านทานต่ำมากและผลิตอุปกรณ์บนชั้น epitaxial ชั้น epitaxial ที่มีความต้านทานสูงทำให้มั่นใจได้ว่าหลอดมีแรงดันไฟฟ้าที่สลายตัวสูงในขณะที่สารตั้งต้นที่มีความต้านทานต่ำจะลดความต้านทานของสารตั้งต้นและแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงดังนั้นการแก้ปัญหาความขัดแย้งระหว่างทั้งสอง

นอกจากนี้เทคโนโลยี epitaxial เช่น epitaxy เฟสไอ, epitaxy เฟสของเหลว, epitaxy ลำแสงโมเลกุล, และ epitaxy ไอสารอินทรีย์อินทรีย์เฟส epitaxy ของตระกูล 1-V, ตระกูล 1-V และวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ผสมอื่น ๆ เช่น GAAS และได้กลายเป็นเทคโนโลยีกระบวนการที่ขาดไม่ได้สำหรับการผลิตไมโครเวฟส่วนใหญ่และอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์.

โดยเฉพาะการประยุกต์ใช้ลำแสงโมเลกุลและไอเฟสเอพิแทกซีในชั้นบางเฉียบ ซูเปอร์แลตติซ ควอนตัมเวลล์ ซูเปอร์แลตติซที่ตึงเครียด และเอพิแท็กซีในชั้นบางระดับอะตอม ได้วางรากฐานสำหรับการพัฒนาการวิจัยเซมิคอนดักเตอร์สาขาใหม่ ซึ่งเรียกว่า "วิศวกรรมแบนด์"

ลักษณะของการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว

(1) ชั้นความต้านทานสูง (ต่ำ) สามารถเติบโตได้อย่างเป็น epitaxially บนพื้นผิวความต้านทานต่ำ (สูง)

(2) N (P) เลเยอร์ epitaxial สามารถปลูกบนพื้นผิว P (n) เพื่อสร้างจุดเชื่อมต่อ PN โดยตรง ไม่มีปัญหาการชดเชยเมื่อทำการแยก PN บนพื้นผิวเดียวโดยการแพร่กระจาย

(3) เมื่อรวมกับเทคโนโลยีหน้ากากการเติบโตของ epitaxial แบบเลือกสามารถดำเนินการในพื้นที่ที่กำหนดสร้างเงื่อนไขสำหรับการผลิตวงจรและอุปกรณ์แบบบูรณาการที่มีโครงสร้างพิเศษ

(4) ประเภทและความเข้มข้นของยาสลบสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามต้องการในระหว่างการเจริญเติบโตของ epitaxial การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นอาจเกิดขึ้นได้อย่างกะทันหันหรือค่อยเป็นค่อยไป

(5) ชั้นบางเฉียบของสารประกอบที่ต่างกัน หลายชั้น หลายองค์ประกอบที่มีส่วนประกอบแปรผันสามารถเติบโตได้

(6) การเจริญเติบโตของ epitaxial สามารถดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของวัสดุ อัตราการเติบโตสามารถควบคุมได้และการเติบโตของความหนาของอะตอมระดับอะตอมสามารถทำได้

ข้อกำหนดสำหรับการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว

(1) พื้นผิวควรแบนและสว่างโดยไม่มีข้อบกพร่องของพื้นผิวเช่นจุดสว่างหลุมบ่อคราบหมอกและสายลื่น

(2) ความสมบูรณ์ของผลึกที่ดี ความคลาดเคลื่อนต่ำ และความหนาแน่นของข้อบกพร่องในการซ้อน สำหรับepitaxy ซิลิคอนความหนาแน่นของความคลาดเคลื่อนควรน้อยกว่า 1,000/cm2 ความหนาแน่นของความผิดพลาดในการซ้อนควรน้อยกว่า 10/cm2 และพื้นผิวควรยังคงสว่างหลังจากถูกสึกกรดโดยสารละลายกรดโครมิก

(3) ความเข้มข้นของสิ่งเจือปนพื้นหลังของชั้น epitaxis ควรต่ำและต้องการการชดเชยน้อยกว่า ความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบควรสูง ระบบควรปิดผนึกอย่างดี สภาพแวดล้อมควรสะอาด และการดำเนินการควรเข้มงวดเพื่อหลีกเลี่ยงการรวมตัวของสิ่งเจือปนจากต่างประเทศเข้าไปในชั้นเยื่อบุผิว

(4) สำหรับ epitaxy ที่ต่างกัน องค์ประกอบของชั้น epitaxis และสารตั้งต้นควรเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน (ยกเว้นข้อกำหนดในการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบช้า) และควรลดการแพร่กระจายร่วมกันขององค์ประกอบระหว่างชั้น epitaxis และสารตั้งต้น

(5) ความเข้มข้นของยาสลบควรได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดและกระจายอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้ชั้น epitaxial มีความต้านทานสม่ำเสมอที่ตรงตามข้อกำหนด จำเป็นต้องมีความต้านทานของเวเฟอร์ epitaxisปลูกในเตาต่าง ๆ ในเตาเดียวกันควรจะสม่ำเสมอ

(6) ความหนาของชั้น epitaxis ควรเป็นไปตามข้อกำหนด โดยมีความสม่ำเสมอและการทำซ้ำที่ดี

(7) หลังจากการเจริญเติบโตของ epitaxial บนพื้นผิวที่มีชั้นที่ฝังอยู่การบิดเบือนรูปแบบชั้นที่ฝังอยู่นั้นมีขนาดเล็กมาก

(8) เส้นผ่านศูนย์กลางของเวเฟอร์ epitaxial ควรมีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่ออำนวยความสะดวกในการผลิตอุปกรณ์จำนวนมากและลดต้นทุน

(9) เสถียรภาพทางความร้อนของสารประกอบเซมิคอนดักเตอร์ epitaxialและ epitaxy heterojunction นั้นดี