กระบวนการ epitaxy ของเซมิคอนดักเตอร์คืออะไร?

เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างวงจรรวมหรืออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์บนชั้นฐานที่เป็นผลึกที่สมบูรณ์แบบ ที่เป็นที่ดีของ Epitaxy(EPI) กระบวนการในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์มีจุดมุ่งหมายที่จะฝากชั้นผลึกเดี่ยวชั้นดีโดยปกติประมาณ 0.5 ถึง 20 ไมครอนบนพื้นผิวผลึกเดี่ยว กระบวนการ epitaxy เป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตเวเฟอร์ซิลิคอน

กระบวนการ Epitaxy (epi) ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

ภาพรวมของ Epitaxy ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

กระบวนการ epitaxy (EPI) คืออะไรในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ช่วยให้การเจริญเติบโตของชั้นผลึกบาง ๆ ในทิศทางที่กำหนดที่ด้านบนของพื้นผิวผลึก

เป้าหมายในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์เป้าหมายของกระบวนการ epitaxy คือการทำให้อิเล็กตรอนขนส่งได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นผ่านอุปกรณ์ ในการก่อสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ชั้น epitaxy จะรวมอยู่ในการปรับแต่งและทำให้โครงสร้างสม่ำเสมอ

ประมวลผลเป็นที่ดีของ Epitaxyกระบวนการช่วยให้การเจริญเติบโตของชั้น epitaxial ความบริสุทธิ์ที่สูงขึ้นบนพื้นผิวของวัสดุเดียวกัน ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์บางชนิดเช่นทรานซิสเตอร์ heterojunction bipolar (HBTS) หรือโลหะออกไซด์เอฟเฟกต์เอฟเฟกต์ฟิลด์ออกไซด์ (MOSFETs) กระบวนการ epitaxy ใช้เพื่อปลูกวัสดุที่แตกต่างจากวัสดุพิมพ์ มันเป็นกระบวนการ epitaxy ที่ทำให้สามารถเติบโตชั้นเจือที่มีความหนาแน่นต่ำในชั้นของวัสดุที่มีสารเจือสูง

ภาพรวมของกระบวนการเอพิแทกซีในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

คืออะไร กระบวนการ epitaxy (epi) ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ช่วยให้ชั้นผลึกบาง ๆ มีการเจริญเติบโตในทิศทางที่กำหนดที่ด้านบนของซับสเตรตที่เป็นผลึก

เป้าหมายในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เป้าหมายของกระบวนการ epitaxy คือการทำให้อิเล็กตรอนถูกขนส่งผ่านอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ในการก่อสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ชั้น epitaxy จะถูกรวมไว้เพื่อปรับแต่งและทำให้โครงสร้างมีความสม่ำเสมอ

กระบวนการ epitaxy ช่วยให้การเจริญเติบโตของชั้น epitaxial บริสุทธิ์ที่สูงขึ้นบนพื้นผิวของวัสดุเดียวกัน ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์บางชนิดเช่นทรานซิสเตอร์ heterojunction bipolar (HBTS) หรือโลหะออกไซด์เอฟเฟกต์เอฟเฟกต์ฟิลด์ออกไซด์ (MOSFETs) กระบวนการ epitaxy ใช้เพื่อปลูกวัสดุที่แตกต่างจากวัสดุพิมพ์ มันเป็นกระบวนการ epitaxy ที่ทำให้สามารถเติบโตชั้นเจือที่มีความหนาแน่นต่ำบนชั้นของวัสดุเจือที่มีสารเจือสูง

ประเภทของกระบวนการ epitaxial ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

ในกระบวนการ epitaxial ทิศทางของการเจริญเติบโตจะถูกกำหนดโดยผลึกพื้นผิวพื้นฐาน ขึ้นอยู่กับการทำซ้ำของการสะสมอาจมีชั้น epitaxial หนึ่งชั้นขึ้นไป กระบวนการ epitaxial สามารถใช้ในการสร้างชั้นบาง ๆ ของวัสดุที่เหมือนกันหรือแตกต่างกันในองค์ประกอบและโครงสร้างทางเคมีจากพื้นผิวพื้นฐาน

กระบวนการ Epi สองประเภท

ลักษณะเฉพาะโฮโมอิพิแทกซี เฮเทอโรพิแทกซี

เลเยอร์การเจริญเติบโตชั้นการเจริญเติบโตของ epitaxial เป็นวัสดุเดียวกับชั้นสารตั้งต้นชั้นการเจริญเติบโตของ epitaxial เป็นวัสดุที่แตกต่างจากชั้นสารตั้งต้น

โครงสร้างผลึกและขัดแตะโครงสร้างผลึกและค่าคงที่ตาข่ายของพื้นผิวและชั้น epitaxial นั้นเหมือนกันโครงสร้างผลึกและค่าคงที่ตาข่ายของพื้นผิวและชั้น epitaxial นั้นแตกต่างกัน

ตัวอย่างการเติบโตของ epitaxial ของซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูงบนพื้นผิวซิลิกอน

การใช้งาน โครงสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการชั้นของระดับการเติมสารหรือฟิล์มบริสุทธิ์บนพื้นผิวที่มีความบริสุทธิ์น้อยกว่า โครงสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการชั้นของวัสดุที่แตกต่างกัน หรือการสร้างฟิล์มผลึกของวัสดุที่ไม่สามารถรับเป็นผลึกเดี่ยวได้

กระบวนการ EPI สองประเภท

ลักษณะ homoepitaxy heteroเป็นที่ดีของ Epitaxy

เลเยอร์การเจริญเติบโตชั้นการเจริญเติบโตของ epitaxial เป็นวัสดุเดียวกับชั้นสารตั้งต้นชั้นการเจริญเติบโตของ epitaxial เป็นวัสดุที่แตกต่างจากชั้นย่อย

โครงสร้างผลึกและขัดแตะโครงสร้างผลึกและค่าคงที่ตาข่ายของพื้นผิวและชั้น epitaxial นั้นเหมือนกันโครงสร้างผลึกและค่าคงที่ตาข่ายของพื้นผิวและชั้น epitaxial นั้นแตกต่างกัน

ตัวอย่างการเติบโตของ epitaxial ของซิลิกอนที่บริสุทธิ์สูงบนพื้นผิวซิลิกอน

แอพพลิเคชั่นโครงสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการเลเยอร์ของระดับยาสลบที่แตกต่างกันหรือฟิล์มบริสุทธิ์บนโครงสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่บริสุทธิ์น้อยกว่าที่ต้องการชั้นของวัสดุที่แตกต่างกันหรือสร้างฟิล์มผลึกของวัสดุที่ไม่สามารถรับได้เป็นผลึกเดี่ยว

ปัจจัยที่ส่งผลต่อกระบวนการอีปิแอกเซียลในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

คำอธิบายปัจจัย

อุณหภูมิส่งผลต่ออัตราเยื่อบุผิวและความหนาแน่นของชั้นเยื่อบุผิว อุณหภูมิที่ต้องการสำหรับกระบวนการ epitaxy จะสูงกว่าอุณหภูมิห้อง และค่าจะขึ้นอยู่กับประเภทของ เป็นที่ดีของ Epitaxy

ความดันมีผลต่ออัตรา epitaxy และความหนาแน่นของชั้น epitaxial

ข้อบกพร่องข้อบกพร่องใน epitaxy นำไปสู่เวเฟอร์ที่มีข้อบกพร่อง เงื่อนไขทางกายภาพที่จำเป็นสำหรับกระบวนการ epitaxy ควรได้รับการบำรุงรักษาสำหรับการเติบโตของชั้น epitaxial ที่ปราศจากข้อบกพร่อง

ตำแหน่งที่ต้องการกระบวนการ epitaxy ควรเติบโตในตำแหน่งที่ถูกต้องของคริสตัล พื้นที่ที่ไม่ต้องการการเติบโตในระหว่างกระบวนการควรเคลือบอย่างเหมาะสมเพื่อป้องกันการเติบโต

การเติมสารเจือปนด้วยตนเอง เนื่องจากกระบวนการ epitaxy ดำเนินการที่อุณหภูมิสูง อะตอมของสารเจือปนจึงอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในวัสดุได้

คำอธิบายปัจจัย

อุณหภูมิส่งผลต่ออัตราเยื่อบุผิวและความหนาแน่นของชั้นเยื่อบุผิว อุณหภูมิที่ต้องการสำหรับกระบวนการเอพิแทกเซียลนั้นสูงกว่าอุณหภูมิห้อง และค่าจะขึ้นอยู่กับประเภทของอีพิแทกซี

ความดันส่งผลต่ออัตราเยื่อบุผิวและความหนาแน่นของชั้นเยื่อบุผิว

ข้อบกพร่องข้อบกพร่องใน epitaxy นำไปสู่เวเฟอร์ที่มีข้อบกพร่อง เงื่อนไขทางกายภาพที่จำเป็นสำหรับกระบวนการ epitaxy ควรได้รับการบำรุงรักษาสำหรับการเติบโตของชั้น epitaxial ที่ปราศจากข้อบกพร่อง

ตำแหน่งที่ต้องการกระบวนการ epitaxy ควรเติบโตในตำแหน่งที่เหมาะสมของคริสตัล พื้นที่ที่ไม่ต้องการการเติบโตในระหว่างกระบวนการนี้ควรเคลือบอย่างเหมาะสมเพื่อป้องกันการเติบโต

การเติมสารเจือปนด้วยตนเอง เนื่องจากกระบวนการ epitaxy ดำเนินการที่อุณหภูมิสูง อะตอมของสารเจือปนจึงอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในวัสดุได้

ความหนาแน่นและอัตรา Epitaxial

ความหนาแน่นของการเจริญเติบโตของ epitaxial คือจำนวนอะตอมต่อปริมาตรของวัสดุในชั้นการเจริญเติบโตของ epitaxial ปัจจัยต่าง ๆ เช่นอุณหภูมิความดันและประเภทของสารกึ่งตัวนำมีผลต่อการเจริญเติบโตของ epitaxial โดยทั่วไปความหนาแน่นของชั้น epitaxial จะแตกต่างกันไปตามปัจจัยข้างต้น ความเร็วที่ชั้น epitaxial เติบโตเรียกว่าอัตรา เป็นที่ดีของ Epitaxy

หากเยื่อบุผิวเติบโตในตำแหน่งและทิศทางที่เหมาะสม อัตราการเติบโตจะสูงและในทางกลับกัน เช่นเดียวกับความหนาแน่นของชั้นเยื่อบุผิว อัตราของเยื่อบุผิวยังขึ้นอยู่กับปัจจัยทางกายภาพ เช่น อุณหภูมิ ความดัน และประเภทของวัสดุซับสเตรต

อัตรา epitaxial เพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิสูงและแรงกดดันต่ำ อัตรา epitaxy ยังขึ้นอยู่กับการวางแนวโครงสร้างพื้นผิวความเข้มข้นของสารตั้งต้นและเทคนิคการเจริญเติบโตที่ใช้

วิธีกระบวนการ Epitaxy

มีวิธีการ epitaxy หลายวิธี:เป็นที่ดีของ Epitaxy เฟสของเหลว (LPE), epitaxy เฟสไอไฮบริด, epitaxy เฟสโซลิดเฟส,การสะสมของชั้นอะตอม, การสะสมไอสารเคมี, เป็นที่ดีของ Epitaxy ลำแสงโมเลกุลฯลฯ ลองเปรียบเทียบสองกระบวนการ epitaxy: CVD และ MBE

การสะสมไอสารเคมี (CVD) เยื่อบุผิวลำแสงโมเลกุล (MBE)

กระบวนการทางเคมีกระบวนการทางกายภาพ

เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นเมื่อสารตั้งต้นของก๊าซพบกับสารตั้งต้นที่ให้ความร้อนในห้องเจริญเติบโตหรือเครื่องปฏิกรณ์ วัสดุที่จะฝากจะถูกให้ความร้อนภายใต้สภาวะสุญญากาศ

ควบคุมกระบวนการเจริญเติบโตของฟิล์มได้อย่างแม่นยำ ควบคุมความหนาและองค์ประกอบของชั้นฟิล์มที่ปลูกได้อย่างแม่นยำ

สำหรับการใช้งานที่ต้องการชั้นเยื่อบุผิวคุณภาพสูง สำหรับการใช้งานที่ต้องการชั้นเยื่อบุผิวที่ละเอียดมาก

วิธีที่นิยมใช้กันมากที่สุด วิธีที่มีราคาแพงกว่า

กระบวนการทางเคมี กระบวนการทางกายภาพ

เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นเมื่อสารตั้งต้นของก๊าซตรงกับสารตั้งต้นที่ร้อนในห้องเจริญเติบโตหรือเครื่องปฏิกรณ์วัสดุที่จะฝากจะถูกทำให้ร้อนภายใต้สภาวะสูญญากาศ

ควบคุมกระบวนการเจริญเติบโตของฟิล์มบางได้อย่างแม่นยำ ควบคุมความหนาและองค์ประกอบของชั้นที่ปลูกได้อย่างแม่นยำ

ใช้ในแอปพลิเคชันที่ต้องการเลเยอร์ epitaxial คุณภาพสูงที่ใช้ในแอปพลิเคชันที่ต้องการเลเยอร์ epitaxial ที่ดีมาก

วิธีที่ใช้กันมากที่สุดวิธีการที่แพงกว่า

กระบวนการ epitaxy มีความสำคัญในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ มันปรับประสิทธิภาพให้เหมาะสม

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และวงจรรวม เป็นหนึ่งในกระบวนการหลักในการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ส่งผลต่อคุณภาพ คุณลักษณะ และประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของอุปกรณ์