Công nghệ chuẩn bị epitaxy silicon(Si)

Epitaxy silicon (Si)công nghệ chuẩn bị

Tăng trưởng epiticular là gì?

· Chỉ riêng các vật liệu tinh thể đơn không thể đáp ứng nhu cầu sản xuất ngày càng tăng của các thiết bị bán dẫn khác nhau. Vào cuối năm 1959, một lớp mỏng củatinh thể đơnCông nghệ tăng trưởng vật liệu - Tăng trưởng epiticular đã được phát triển.

Tăng trưởng epiticular là phát triển một lớp vật liệu đáp ứng các yêu cầu trên một chất nền tinh thể duy nhất đã được xử lý cẩn thận bằng cách cắt, mài và đánh bóng trong một số điều kiện nhất định. Vì lớp sản phẩm đơn phát triển là một phần mở rộng của mạng cơ chất, lớp vật liệu phát triển được gọi là lớp epiticular.

Phân loại theo các thuộc tính của lớp epiticular

·epitaxy đồng nhất: Thelớp epiticulargiống như vật liệu nền, duy trì tính nhất quán của vật liệu và giúp đạt được cấu trúc sản phẩm và tính chất điện chất lượng cao.

·epitaxy không đồng nhất: Thelớp epiticularkhác với vật liệu nền. Bằng cách chọn chất nền phù hợp, các điều kiện tăng trưởng có thể được tối ưu hóa và phạm vi ứng dụng của vật liệu có thể được mở rộng, nhưng cần phải vượt qua những thách thức do sự không phù hợp của mạng và sự chênh lệch giãn nở nhiệt.

Phân loại theo vị trí thiết bị

Epitaxy tích cực: đề cập đến sự hình thành lớp epiticular trên vật liệu nền trong quá trình phát triển tinh thể và thiết bị được chế tạo trên lớp epiticular.

Epitaxy ngược: Trái ngược với epitaxy dương, thiết bị được sản xuất trực tiếp trên đế, trong khi lớp epiticular được hình thành trên cấu trúc thiết bị.

Sự khác biệt về ứng dụng: Việc áp dụng hai trong sản xuất chất bán dẫn phụ thuộc vào các thuộc tính vật liệu cần thiết và các yêu cầu thiết kế thiết bị, và mỗi loại phù hợp cho các dòng quy trình và yêu cầu kỹ thuật khác nhau.

Phân loại theo phương pháp tăng trưởng epitaxial

· Epitaxy trực tiếp là một phương pháp sử dụng hệ thống sưởi, bắn phá electron hoặc điện trường bên ngoài để làm cho các nguyên tử đang phát triển có đủ năng lượng, và trực tiếp di chuyển và lắng đọng trên bề mặt cơ chất để hoàn thành sự tăng trưởng của trục chính Tuy nhiên, phương pháp này có yêu cầu nghiêm ngặt về thiết bị. Điện trở suất và độ dày của màng có độ lặp lại kém, vì vậy nó không được sử dụng trong sản xuất epiticular silicon.

· Epitaxy gián tiếp là việc sử dụng các phản ứng hóa học để lắng đọng và phát triển các lớp epiticular trên bề mặt cơ chất, được gọi là lắng đọng hơi hóa học (CVD). Tuy nhiên, màng mỏng được phát triển bởi CVD không nhất thiết là một sản phẩm. Do đó, nói đúng ra, chỉ có CVD phát triển một bộ phim là sự tăng trưởng epiticular. Phương pháp này có thiết bị đơn giản và các tham số khác nhau của lớp epiticular dễ kiểm soát hơn và có độ lặp lại tốt. Hiện tại, tăng trưởng epiticular của silicon chủ yếu sử dụng phương pháp này.

Các loại khác

·Theo phương pháp vận chuyển nguyên tử của vật liệu epiticular đến chất nền, có thể chia thành epitaxy chân không, epitaxy pha khí, epit Wax pha lỏng (LPE), v.v.

· Theo quy trình thay đổi pha, epitax có thể được chia thànhepitax pha khí, epitaxy pha lỏng, Vàepitax pha rắn.

Các vấn đề được giải quyết bằng quá trình epitaxial

·Khi công nghệ tăng trưởng epiticular silicon bắt đầu, đó là lúc việc sản xuất bóng bán dẫn công suất cao và tần số cao silicon gặp khó khăn. Từ góc độ nguyên lý bóng bán dẫn, để có được tần số cao và công suất cao, điện áp đánh thủng của bộ thu phải cao và điện trở nối tiếp phải nhỏ, nghĩa là độ sụt điện áp bão hòa phải nhỏ. Cái trước yêu cầu điện trở suất của vật liệu vùng thu phải cao, trong khi cái trước yêu cầu điện trở suất của vật liệu vùng thu phải thấp, và cả hai điều này trái ngược nhau. Nếu điện trở nối tiếp bị giảm bằng cách làm mỏng độ dày của vật liệu khu vực thu gom, tấm bán dẫn silicon sẽ quá mỏng và dễ vỡ để có thể xử lý. Nếu điện trở suất của vật liệu giảm đi sẽ mâu thuẫn với yêu cầu đầu tiên. Công nghệ Epitaxy đã giải quyết thành công khó khăn này.

Giải pháp:

·Phát triển lớp epiticular có điện trở suất cao trên nền có điện trở suất cực thấp và chế tạo thiết bị trên lớp epitaxy. Lớp epiticular có điện trở suất cao đảm bảo rằng ống có điện áp đánh thủng cao, trong khi chất nền có điện trở suất thấp làm giảm điện trở của chất nền và giảm điện áp bão hòa, do đó giải quyết được mâu thuẫn giữa hai lớp.

Ngoài ra, các công nghệ epiticular như epitax pha hơi, epitax pha chất lỏng, epitax chùm tia phân tử và pha hơi hợp chất hữu cơ kim loại của gia đình 1-V, gia đình 1-V và các vật liệu bán dẫn hợp chất khác như cũng được phát triển rất nhiều và đã trở thành công nghệ quá trình không thể thiếu để sản xuất hầu hết các lò vi sóng vàthiết bị quang điện tử.

Đặc biệt, việc ứng dụng thành công chùm phân tử vàhơi hữu cơ kim loạiepit Wax pha trong các lớp siêu mỏng, siêu mạng, giếng lượng tử, siêu mạng biến dạng và epit Wax lớp mỏng cấp độ nguyên tử đã đặt nền móng cho sự phát triển của một lĩnh vực nghiên cứu chất bán dẫn mới, "kỹ thuật dải".

Đặc điểm của tăng trưởng epiticular

(1) Các lớp epitaxy có điện trở suất cao (thấp) có thể được trồng epitaxy trên các chất nền có điện trở suất thấp (cao).

. Không có vấn đề bồi thường khi tạo các điểm nối PN trên các chất nền đơn bằng cách khuếch tán.

(3) Kết hợp với công nghệ mặt nạ, có thể thực hiện tăng trưởng epiticular chọn lọc ở những khu vực được chỉ định, tạo điều kiện cho việc sản xuất các mạch tích hợp và thiết bị có cấu trúc đặc biệt.

(4) Loại và nồng độ pha tạp có thể được thay đổi khi cần thiết trong quá trình tăng trưởng epiticular. Sự thay đổi nồng độ có thể đột ngột hoặc từ từ.

(5) Có thể phát triển các lớp siêu mỏng gồm các hợp chất không đồng nhất, nhiều lớp, nhiều thành phần với các thành phần thay đổi.

(6) Tăng trưởng epiticular có thể được thực hiện ở nhiệt độ dưới điểm nóng chảy của vật liệu. Tốc độ tăng trưởng có thể kiểm soát được và tăng trưởng epiticular của độ dày quy mô nguyên tử có thể đạt được.

Yêu cầu tăng trưởng epiticular

(1) Bề mặt phải phẳng và sáng, không có khuyết tật bề mặt như đốm sáng, rỗ, vết sương mù và đường trượt

(2) Tính toàn vẹn tinh thể tốt, mật độ lỗi xếp chồng và trật khớp thấp. VìSilicon epitaxy, mật độ trật khớp phải nhỏ hơn 1000 / cm2, mật độ lỗi xếp chồng phải nhỏ hơn 10 / cm2 và bề mặt phải vẫn sáng sau khi bị ăn mòn bởi dung dịch ăn mòn axit cromic.

(3) Nồng độ tạp chất nền của lớp epiticular phải thấp và cần ít bù hơn. Độ tinh khiết của nguyên liệu thô phải cao, hệ thống phải được niêm phong tốt, môi trường phải sạch sẽ và vận hành phải nghiêm ngặt để tránh sự kết hợp của tạp chất lạ vào lớp epitaxy.

.

(5) Nồng độ pha tạp phải được kiểm soát chặt chẽ và phân phối đều sao cho lớp epiticular có điện trở suất đồng đều đáp ứng các yêu cầu. Nó là yêu cầu rằng điện trở suất củaWafer epiticulartrồng ở các lò khác nhau trong cùng một lò phải thống nhất.

(6) Độ dày của lớp epiticular phải đáp ứng các yêu cầu, với tính đồng nhất và độ lặp lại tốt.

(7) Sau khi phát triển epiticular trên nền có lớp chôn, độ biến dạng của mô hình lớp chôn là rất nhỏ.

(8) Đường kính của wafer epiticular phải lớn nhất có thể để tạo điều kiện cho việc sản xuất hàng loạt các thiết bị và giảm chi phí.

(9) sự ổn định nhiệt củalớp epitaxy bán dẫn phức hợpVà epitaxy dị hợp là tốt.