Silicium (Si) epitaxie-preparatietechnologie

Silicium (Si) epitaxievoorbereiding technologie

Wat is epitaxiale groei?

· Enkelkristalmaterialen alleen kunnen niet voldoen aan de behoeften van de groeiende productie van verschillende halfgeleiderapparaten. Eind 1959 kwam er een dun laagje vanenkel kristalmateriaalgroeitechnologie - epitaxiale groei werd ontwikkeld.

Epitaxiale groei is het laten groeien van een laag materiaal die aan de eisen voldoet op een monokristallijn substraat dat onder bepaalde omstandigheden zorgvuldig is verwerkt door snijden, slijpen en polijsten. Omdat de gegroeide enkelvoudige productlaag een uitbreiding is van het substraatrooster, wordt de gegroeide materiaallaag een epitaxiale laag genoemd.

Classificatie op basis van de eigenschappen van de epitaxiale laag

·Homogene epitaxie: Deepitaxiale laagis hetzelfde als het substraatmateriaal, waardoor de consistentie van het materiaal behouden blijft en een hoogwaardige productstructuur en elektrische eigenschappen worden bereikt.

·Heterogene epitaxie: Deepitaxiale laagverschilt van het substraatmateriaal. Door een geschikt substraat te selecteren, kunnen de groeiomstandigheden worden geoptimaliseerd en kan het toepassingsbereik van het materiaal worden uitgebreid, maar de uitdagingen die worden veroorzaakt door roostermismatch en thermische uitzettingsverschillen moeten worden overwonnen.

Classificatie op apparaatpositie

Positieve epitaxie: verwijst naar de vorming van een epitaxiale laag op het substraatmateriaal tijdens kristalgroei, en het apparaat wordt op de epitaxiale laag gemaakt.

Omgekeerde epitaxie: In tegenstelling tot positieve epitaxie wordt het apparaat rechtstreeks op het substraat vervaardigd, terwijl de epitaxiale laag op de apparaatstructuur wordt gevormd.

Toepassingsverschillen: De toepassing van de twee bij de productie van halfgeleiders hangt af van de vereiste materiaaleigenschappen en ontwerpvereisten van het apparaat, en elk is geschikt voor verschillende processtromen en technische vereisten.

Classificatie volgens epitaxiale groeimethode

· Directe epitaxie is een methode waarbij gebruik wordt gemaakt van verwarming, elektronenbombardement of een extern elektrisch veld om de groeiende materiaalatomen voldoende energie te laten verkrijgen en direct te migreren en af ​​te zetten op het substraatoppervlak om de epitaxiale groei te voltooien, zoals vacuümdepositie, sputteren, sublimatie, enz. Deze methode stelt echter strenge eisen aan de apparatuur. De soortelijke weerstand en dikte van de film hebben een slechte herhaalbaarheid, dus deze is niet gebruikt bij de epitaxiale productie van silicium.

· Indirecte epitaxie is het gebruik van chemische reacties om epitaxiale lagen op het substraatoppervlak af te zetten en te laten groeien, wat in het algemeen chemische dampafzetting (CVD) wordt genoemd. De door CVD gegroeide dunne film is echter niet noodzakelijkerwijs één enkel product. Daarom is strikt genomen alleen CVD die één enkele film laat groeien epitaxiale groei. Deze methode heeft eenvoudige apparatuur en de verschillende parameters van de epitaxiale laag zijn gemakkelijker te controleren en hebben een goede herhaalbaarheid. Momenteel wordt bij de epitaxiale groei van silicium voornamelijk gebruik gemaakt van deze methode.

Andere categorieën

· Volgens de methode voor het transporteren van atomen van epitaxiale materialen naar het substraat, kan deze worden onderverdeeld in vacuümepitaxie, gasfase-epitaxie, vloeistoffase-epitaxie (LPE), enz.

·Volgens het faseveranderingsproces kan epitaxie worden onderverdeeld inepitaxie in de gasfase, epitaxie in de vloeibare fase, Enepitaxie in de vaste fase.

Problemen opgelost door epitaxiaal proces

Toen de epitaxiale groeitechnologie voor silicium begon, was dit de tijd waarin de productie van hoogfrequente en krachtige siliciumtransistors problemen ondervond. Vanuit het perspectief van het transistorprincipe moet, om een ​​hoge frequentie en een hoog vermogen te verkrijgen, de collectordoorslagspanning hoog zijn en de serieweerstand klein, dat wil zeggen dat de verzadigingsspanningsval klein moet zijn. De eerste vereist dat de soortelijke weerstand van het materiaal van het collectoroppervlak hoog is, terwijl de laatste vereist dat de soortelijke weerstand van het materiaal van het collectoroppervlak laag is, en de twee zijn tegenstrijdig. Als de serieweerstand wordt verminderd door de dikte van het materiaal van het collectorgebied te verkleinen, zal de siliciumwafel te dun en kwetsbaar zijn om te worden verwerkt. Als de soortelijke weerstand van het materiaal wordt verminderd, is dit in tegenspraak met de eerste vereiste. Epitaxiale technologie heeft dit probleem met succes opgelost.

Oplossing:

·Kweek een epitaxiale laag met hoge weerstand op een substraat met extreem lage weerstand, en vervaardig het apparaat op de epitaxiale laag. De epitaxiale laag met hoge weerstand zorgt ervoor dat de buis een hoge doorslagspanning heeft, terwijl het substraat met lage weerstand de weerstand van het substraat en de verzadigingsspanningsval vermindert, waardoor de tegenstrijdigheid tussen beide wordt opgelost.

Bovendien zijn epitaxiale technologieën zoals dampfase-epitaxie, vloeistoffase-epitaxie, moleculaire bundelepitaxie en dampfase-epitaxie van metaalorganische verbindingen van de 1-V-familie, 1-V-familie en andere samengestelde halfgeleidermaterialen zoals GaAs ook sterk ontwikkeld. en zijn onmisbare procestechnologieën geworden voor de vervaardiging van de meeste magnetron- enopto-elektronische apparaten.

In het bijzonder de succesvolle toepassing van moleculaire bundel- enmetaal organische dampfase-epitaxie in ultradunne lagen, superroosters, kwantumputten, gespannen superroosters en dunne-laag-epitaxie op atomair niveau hebben de basis gelegd voor de ontwikkeling van een nieuw gebied van halfgeleideronderzoek, "bandtechniek".

Kenmerken van epitaxiale groei

(1) Epitaxiale lagen met hoge (lage) weerstand kunnen epitaxiaal worden gegroeid op substraten met lage (hoge) weerstand.

(2) N(P) epitaxiale lagen kunnen op P(N)-substraten worden gegroeid om direct PN-overgangen te vormen. Er is geen compensatieprobleem bij het maken van PN-overgangen op afzonderlijke substraten door diffusie.

(3) Gecombineerd met maskertechnologie kan selectieve epitaxiale groei worden uitgevoerd in aangewezen gebieden, waardoor omstandigheden worden gecreëerd voor de productie van geïntegreerde schakelingen en apparaten met speciale structuren.

(4) Het type en de concentratie van doping kunnen indien nodig worden gewijzigd tijdens epitaxiale groei. De concentratieverandering kan abrupt of geleidelijk zijn.

(5) Er kunnen ultradunne lagen heterogene, meerlaagse, uit meerdere componenten bestaande verbindingen met variabele componenten worden gekweekt.

(6) Epitaxiale groei kan worden uitgevoerd bij een temperatuur onder het smeltpunt van het materiaal. De groeisnelheid is controleerbaar en epitaxiale groei met een dikte op atomaire schaal kan worden bereikt.

Vereisten voor epitaxiale groei

(1) Het oppervlak moet vlak en helder zijn, zonder oppervlaktedefecten zoals heldere plekken, putjes, mistvlekken en sliplijnen

(2) Goede kristalintegriteit, lage dislocatie en stapelfoutdichtheid. Voorsilicium epitaxieDe dislocatiedichtheid moet minder dan 1000/cm2 zijn, de stapelfoutdichtheid moet minder dan 10/cm2 zijn en het oppervlak moet helder blijven na corrosie door chroomzuuretsoplossing.

(3) De achtergrondonzuiverheidsconcentratie van de epitaxiale laag moet laag zijn en er moet minder compensatie vereist zijn. De zuiverheid van de grondstoffen moet hoog zijn, het systeem moet goed afgedicht zijn, de omgeving moet schoon zijn en de bediening moet strikt zijn om de opname van vreemde onzuiverheden in de epitaxiale laag te voorkomen.

(4) Voor heterogene epitaxie moet de samenstelling van de epitaxiale laag en het substraat plotseling veranderen (behalve de vereiste van langzame samenstellingsverandering) en moet de wederzijdse diffusie van de samenstelling tussen de epitaxiale laag en het substraat tot een minimum worden beperkt.

(5) De doteringsconcentratie moet strikt worden gecontroleerd en gelijkmatig worden verdeeld, zodat de epitaxiale laag een uniforme soortelijke weerstand heeft die aan de eisen voldoet. Het is vereist dat de soortelijke weerstand vanepitaxiale wafelsgekweekt in verschillende ovens in dezelfde oven moet consistent zijn.

(6) De dikte van de epitaxiale laag moet aan de eisen voldoen, met een goede uniformiteit en herhaalbaarheid.

(7) Na epitaxiale groei op een substraat met een begraven laag is de patroonvervorming van de begraven laag zeer klein.

(8) De diameter van de epitaxiale wafel moet zo groot mogelijk zijn om de massaproductie van apparaten te vergemakkelijken en de kosten te verlagen.

(9) De thermische stabiliteit vansamengestelde epitaxiale halfgeleiderlagenen heterojunctie-epitaxie is goed.