Wat is een halfgeleiderepitaxieproces?

Het is ideaal om geïntegreerde schakelingen of halfgeleiderapparaten op een perfecte kristallijne basislaag te bouwen. Deepitaxie(epi)-proces bij de vervaardiging van halfgeleiders heeft tot doel een fijne enkelkristallijne laag, gewoonlijk ongeveer 0,5 tot 20 micron, op een enkelkristallijn substraat af te zetten. Het epitaxieproces is een belangrijke stap bij de vervaardiging van halfgeleiderapparaten, vooral bij de productie van siliciumwafels.

Epitaxie (epi) proces bij de productie van halfgeleiders

Overzicht van epitaxie in de productie van halfgeleiders

Wat is het? Het epitaxie (epi) proces bij de productie van halfgeleiders maakt de groei mogelijk van een dunne kristallijne laag in een bepaalde oriëntatie bovenop een kristallijn substraat.

Doel Bij de productie van halfgeleiders is het doel van het epitaxieproces om de elektronen efficiënter door het apparaat te laten transporteren. Bij de constructie van halfgeleiderapparaten worden epitaxielagen opgenomen om de structuur te verfijnen en uniform te maken.

Verwerk deepitaxieDit proces maakt de groei mogelijk van epitaxiale lagen met een hogere zuiverheid op een substraat van hetzelfde materiaal. In sommige halfgeleidermaterialen, zoals bipolaire heterojunctietransistors (HBT's) of metaaloxide-halfgeleiderveldeffecttransistors (MOSFET's), wordt het epitaxieproces gebruikt om een ​​laag materiaal te laten groeien die verschilt van het substraat. Het is het epitaxieproces dat het mogelijk maakt een gedoteerde laag met lage dichtheid te laten groeien op een laag hooggedoteerd materiaal.

Overzicht van epitaxieproces bij de productie van halfgeleiders

Wat het is Het epitaxie (epi) proces bij de productie van halfgeleiders maakt de groei mogelijk van een dunne kristallijne laag in een bepaalde oriëntatie bovenop een kristallijn substraat.

Het doel van het epitaxieproces bij de productie van halfgeleiders is om de elektronen efficiënter door het apparaat te laten transporteren. Bij de constructie van halfgeleiderapparaten worden epitaxielagen opgenomen om de structuur te verfijnen en uniform te maken.

Het epitaxieproces maakt de groei mogelijk van epitaxiale lagen met een hogere zuiverheid op een substraat van hetzelfde materiaal. In sommige halfgeleidermaterialen, zoals bipolaire heterojunctietransistors (HBT's) of metaaloxide-halfgeleiderveldeffecttransistors (MOSFET's), wordt het epitaxieproces gebruikt om een ​​laag materiaal te laten groeien die verschilt van het substraat. Het is het epitaxieproces dat het mogelijk maakt om een ​​gedoteerde laag met lage dichtheid te laten groeien op een laag hooggedoteerd materiaal.

Soorten epitaxiale processen bij de productie van halfgeleiders

Bij het epitaxiale proces wordt de groeirichting bepaald door het onderliggende substraatkristal. Afhankelijk van de herhaling van de afzetting kunnen er één of meerdere epitaxiale lagen aanwezig zijn. Epitaxiale processen kunnen worden gebruikt om dunne materiaallagen te vormen die qua chemische samenstelling en structuur dezelfde of verschillend zijn van het onderliggende substraat.

Twee soorten Epi-processen

KenmerkenHomoepitaxie Heteroepitaxie

Groeilagen De epitaxiale groeilaag is hetzelfde materiaal als de substraatlaag De epitaxiale groeilaag is een ander materiaal dan de substraatlaag

Kristalstructuur en rooster De kristalstructuur en roosterconstante van het substraat en de epitaxiale laag zijn hetzelfde De kristalstructuur en roosterconstante van het substraat en de epitaxiale laag zijn verschillend

Voorbeelden Epitaxiale groei van hoogzuiver silicium op siliciumsubstraat Epitaxiale groei van galliumarsenide op siliciumsubstraat

Toepassingen Halfgeleiderapparaatstructuren die lagen van verschillende doteringsniveaus of zuivere films op minder zuivere substraten vereisen Halfgeleiderapparaatstructuren die lagen van verschillende materialen vereisen of kristallijne films bouwen van materialen die niet als enkele kristallen kunnen worden verkregen

Twee soorten Epi-processen

Kenmerken Homoepitaxie Heteroepitaxie

Groeilaag De epitaxiale groeilaag is van hetzelfde materiaal als de substraatlaag. De epitaxiale groeilaag is van een ander materiaal dan de substraatlaag

Kristalstructuur en rooster De kristalstructuur en roosterconstante van het substraat en de epitaxiale laag zijn hetzelfde De kristalstructuur en roosterconstante van het substraat en de epitaxiale laag zijn verschillend

Voorbeelden Epitaxiale groei van silicium met hoge zuiverheid op siliciumsubstraat Epitaxiale groei van galliumarsenide op siliciumsubstraat

Toepassingen Halfgeleiderapparaatstructuren die lagen van verschillende doteringsniveaus of zuivere films op minder zuivere substraten vereisen Halfgeleiderapparaatstructuren die lagen van verschillende materialen vereisen of kristallijne films bouwen van materialen die niet als enkele kristallen kunnen worden verkregen

Factoren die van invloed zijn op epitaxiale processen bij de productie van halfgeleiders

Factoren Beschrijving

Temperatuur Beïnvloedt de epitaxiesnelheid en de epitaxiale laagdichtheid. De temperatuur die nodig is voor het epitaxieproces is hoger dan kamertemperatuur en de waarde is afhankelijk van het type epitaxie.

Druk Heeft invloed op de epitaxiesnelheid en de epitaxiale laagdichtheid.

Defecten Defecten in epitaxie leiden tot defecte wafers. De fysieke omstandigheden die vereist zijn voor het epitaxieproces moeten worden gehandhaafd voor een defectvrije groei van de epitaxiale laag.

Gewenste positie Het epitaxieproces moet op de juiste positie van het kristal groeien. De gebieden waar groei tijdens het proces niet gewenst is, moeten op de juiste manier worden gecoat om groei te voorkomen.

Zelfdotering Omdat het epitaxieproces bij hoge temperaturen wordt uitgevoerd, kunnen doteringsatomen mogelijk veranderingen in het materiaal teweegbrengen.

Factorbeschrijving

Temperatuur beïnvloedt de epitaxiesnelheid en de dichtheid van de epitaxiale laag. De temperatuur die nodig is voor het epitaxiale proces is hoger dan kamertemperatuur, en de waarde hangt af van het type epitaxie.

Druk beïnvloedt de epitaxiesnelheid en de epitaxiale laagdichtheid.

Defecten Defecten in epitaxie leiden tot defecte wafers. Fysische omstandigheden die vereist zijn voor het epitaxieproces moeten worden gehandhaafd voor een defectvrije groei van de epitaxiale laag.

Gewenste locatie Het epitaxieproces moet op de juiste locatie van het kristal groeien. Gebieden waar groei tijdens dit proces niet gewenst is, moeten op de juiste manier worden gecoat om groei te voorkomen.

Zelfdotering Omdat het epitaxieproces bij hoge temperaturen wordt uitgevoerd, kunnen doteringsatomen mogelijk veranderingen in het materiaal teweegbrengen.

Epitaxiale dichtheid en snelheid

De dichtheid van epitaxiale groei is het aantal atomen per volume-eenheid materiaal in de epitaxiale groeilaag. Factoren zoals temperatuur, druk en het type halfgeleidersubstraat beïnvloeden de epitaxiale groei. In het algemeen varieert de dichtheid van de epitaxiale laag met de bovengenoemde factoren. De snelheid waarmee de epitaxiale laag groeit, wordt de epitaxiesnelheid genoemd.

Als de epitaxie op de juiste locatie en oriëntatie wordt gekweekt, zal de groeisnelheid hoog zijn en omgekeerd. Net als de epitaxiale laagdichtheid hangt de epitaxiesnelheid ook af van fysieke factoren zoals temperatuur, druk en type substraatmateriaal.

De epitaxiale snelheid neemt toe bij hoge temperaturen en lage drukken. De epitaxiesnelheid hangt ook af van de oriëntatie van de substraatstructuur, de concentratie van de reactanten en de gebruikte groeitechniek.

Epitaxie-procesmethoden

Er zijn verschillende epitaxiemethoden:epitaxie in de vloeibare fase (LPE), hybride dampfase-epitaxie, vaste-fase-epitaxie,afzetting van atomaire lagen, chemische dampafzetting, moleculaire bundelepitaxie, enz. Laten we twee epitaxieprocessen vergelijken: CVD en MBE.

Chemische dampafzetting (CVD) Moleculaire bundelepitaxie (MBE)

Chemisch proces Fysisch proces

Betreft een chemische reactie die optreedt wanneer een gasvoorloper een verwarmd substraat ontmoet in een groeikamer of reactor. Het af te zetten materiaal wordt verwarmd onder vacuümomstandigheden

Nauwkeurige controle van het filmgroeiproces Nauwkeurige controle van de dikte en samenstelling van de gegroeide laag

Voor toepassingen die epitaxiale lagen van hoge kwaliteit vereisen. Voor toepassingen die extreem fijne epitaxiale lagen vereisen

Meest gebruikte methode Duurdere methode

Chemisch proces Fysisch proces

Betreft een chemische reactie die optreedt wanneer een gasvoorloper een verwarmd substraat ontmoet in een groeikamer of reactor. Het af te zetten materiaal wordt verwarmd onder vacuümomstandigheden

Nauwkeurige controle van het dunnefilmgroeiproces Nauwkeurige controle van de dikte en samenstelling van de gegroeide laag

Gebruikt in toepassingen die epitaxiale lagen van hoge kwaliteit vereisen. Gebruikt in toepassingen die extreem fijne epitaxiale lagen vereisen

Meest gebruikte methode Duurdere methode

Het epitaxieproces is van cruciaal belang bij de productie van halfgeleiders; het optimaliseert de prestaties van

halfgeleiderapparaten en geïntegreerde schakelingen. Het is een van de belangrijkste processen bij de productie van halfgeleiderapparaten die de kwaliteit, kenmerken en elektrische prestaties van apparaten beïnvloeden.