กระบวนการ epitaxial คืออะไร?

ภาพรวมของกระบวนการ epitaxial

คำว่า "epitaxy" เกิดขึ้นจากคำภาษากรีก "epi," หมายถึง "บน" และ "แท็กซี่" หมายถึง "คำสั่ง" ซึ่งบ่งบอกถึงลักษณะของการเติบโตของผลึก Epitaxy เป็นกระบวนการที่สำคัญในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์หมายถึงการเติบโตของชั้นผลึกบาง ๆ บนพื้นผิวผลึก กระบวนการ epitaxy (EPI) ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์มีวัตถุประสงค์เพื่อฝากชั้นดีของผลึกเดี่ยวโดยปกติประมาณ 0.5 ถึง 20 ไมครอนบนพื้นผิวคริสตัลเดี่ยว กระบวนการ EPI เป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเวเฟอร์ซิลิคอนการประดิษฐ์

Epitaxy ช่วยให้การสะสมของฟิล์มบางที่มีการสั่งซื้อสูงและสามารถปรับแต่งสำหรับคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์เฉพาะ กระบวนการนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์คุณภาพสูงเช่นไดโอดทรานซิสเตอร์และวงจรรวม

ประเภทของ epitaxy

ในกระบวนการ epitaxy การวางแนวของการเจริญเติบโตจะถูกกำหนดโดยคริสตัลพื้นฐานพื้นฐาน  อาจมีชั้น epitaxy หนึ่งหรือหลายชั้นขึ้นอยู่กับการทำซ้ำของการสะสม กระบวนการ epitaxy สามารถใช้เพื่อสร้างชั้นบาง ๆ ของวัสดุที่สามารถเหมือนกันหรือแตกต่างจากพื้นผิวพื้นฐานในแง่ขององค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้าง Epitaxy สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักตามความสัมพันธ์ระหว่างสารตั้งต้นและเลเยอร์ epitaxial:homoepitaxyและheteroepitaxy.

ต่อไปเราจะวิเคราะห์ความแตกต่างระหว่าง homoepitaxy และ heteroepitaxy จากสี่มิติ: ชั้นที่โต, โครงสร้างผลึกและ lattice, ตัวอย่างและแอปพลิเคชัน:

● homoepitaxy- สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อเลเยอร์ epitaxial ทำจากวัสดุเดียวกับสารตั้งต้น

✔เลเยอร์ที่โตแล้ว: เลเยอร์ที่ปลูกแบบ epitaxially เป็นวัสดุเดียวกับชั้นสารตั้งต้น

✔โครงสร้างผลึกและตาข่าย: โครงสร้างผลึกและค่าคงที่ตาข่ายของชั้นสารตั้งต้นและชั้น epitaxial เหมือนกัน

✔ตัวอย่าง: การเจริญเติบโตของ epitaxial ของซิลิคอนบริสุทธิ์สูงผ่านซิลิคอนพื้นผิว

✔แอปพลิเคชัน: การก่อสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่จำเป็นต้องมีชั้นของระดับยาสลบที่แตกต่างกันหรือฟิล์มบริสุทธิ์บนพื้นผิวที่บริสุทธิ์น้อยกว่า

● heteroepitaxy: สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับวัสดุที่แตกต่างกันที่ใช้สำหรับชั้นและสารตั้งต้นเช่นการปลูกอลูมิเนียมแกลเลียมอาร์เซเนด์ (ALGAAS) บน Gallium Arsenide (GAAS) heteroepitaxy ที่ประสบความสำเร็จต้องการโครงสร้างผลึกที่คล้ายกันระหว่างวัสดุทั้งสองเพื่อลดข้อบกพร่อง

✔เลเยอร์ที่โตแล้ว: เลเยอร์ที่ปลูกแบบ epitaxially เป็นวัสดุที่แตกต่างจากชั้นพื้นผิว

✔โครงสร้างผลึกและตาข่าย: โครงสร้างผลึกและค่าคงที่ตาข่ายของชั้นสารตั้งต้นและชั้น epitaxial นั้นแตกต่างกัน

✔ตัวอย่าง: Gallium Arsenide ที่กำลังเติบโตอย่างเป็น epitaxially บนพื้นผิวซิลิกอน

✔แอปพลิเคชัน: การก่อสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่จำเป็นต้องใช้วัสดุที่แตกต่างกันหรือเพื่อสร้างฟิล์มผลึกของวัสดุที่ไม่สามารถใช้เป็นคริสตัลเดี่ยวได้

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อกระบวนการ EPI ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์:

✔ อุณหภูมิ: ส่งผลกระทบต่ออัตรา epitaxy และความหนาแน่นของชั้น epitaxial อุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับกระบวนการ epitaxy สูงกว่าอุณหภูมิห้องและค่าขึ้นอยู่กับประเภทของ epitaxy

✔ ความดัน: ส่งผลกระทบต่ออัตรา epitaxy และความหนาแน่นของชั้น epitaxial

✔ ข้อบกพร่อง: ข้อบกพร่องใน epitaxy นำไปสู่เวเฟอร์ที่ผิดพลาด เงื่อนไขทางกายภาพที่จำเป็นสำหรับกระบวนการ EPI ควรได้รับการบำรุงรักษาสำหรับการเติบโตของชั้น epitaxial ที่ไม่ได้รับการแก้ไข

✔ ตำแหน่งที่ต้องการ: การเติบโตของ epitaxial ควรอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องบนคริสตัล ภูมิภาคที่ควรแยกออกจากกระบวนการ epitaxial ควรถ่ายทำอย่างเหมาะสมเพื่อป้องกันการเติบโต

✔ การใช้งานอัตโนมัติ: เนื่องจากกระบวนการ epitaxy ดำเนินการที่อุณหภูมิสูงอะตอมเจือปนอาจสามารถนำความแปรปรวนของวัสดุได้

เทคนิคการเติบโตของ epitaxial

มีหลายวิธีในการดำเนินการกระบวนการ epitaxy: epitaxy เฟสของเหลว, epitaxy เฟสไฮบริดเฟส epitaxy, epitaxy เฟสของแข็ง, การสะสมของชั้นอะตอม มาเปรียบเทียบกระบวนการ epitaxy สองกระบวนการ: CVD และ MBE

โหมดการเจริญเติบโตของ epitaxial

โหมดการเติบโตของ Epitaxy: การเติบโตของ epitaxial สามารถเกิดขึ้นได้ผ่านโหมดที่แตกต่างกันซึ่งส่งผลต่อวิธีการจัดรูปแบบเลเยอร์:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): โดดเด่นด้วยการเติบโตของเกาะสามมิติที่เกิดขึ้นก่อนการก่อตัวของฟิล์มต่อเนื่อง

✔ (B)Frank-van der Merwe (FM): เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตแบบเลเยอร์โดยเลเยอร์ส่งเสริมความหนาสม่ำเสมอ

✔ (c) The Side-Krastans (SK): การรวมกันของ VW และ FM เริ่มต้นด้วยการเติบโตของชั้นที่เปลี่ยนไปสู่การก่อตัวของเกาะหลังจากถึงความหนาที่สำคัญ

ความสำคัญของการเติบโตของ Epitaxy ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

Epitaxy มีความสำคัญต่อการเพิ่มคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ ความสามารถในการควบคุมโปรไฟล์ยาสลบและบรรลุลักษณะของวัสดุที่เฉพาะเจาะจงทำให้ epitaxy ขาดไม่ได้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย

ยิ่งไปกว่านั้นกระบวนการ epitaxial มีความสำคัญมากขึ้นในการพัฒนาเซ็นเซอร์ประสิทธิภาพสูงและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงานซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ ความแม่นยำที่จำเป็นในการควบคุมพารามิเตอร์เช่นอุณหภูมิความดันและอัตราการไหลของก๊าซในระหว่างการเติบโตของ epitaxial เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการบรรลุเลเยอร์ผลึกคุณภาพสูงที่มีข้อบกพร่องน้อยที่สุด