Tecnología de preparación de epitaxia de silicio (SI)

Epitaxia de silicio (SI)tecnología de preparación

¿Qué es el crecimiento epitaxial?

·Los materiales monocristalinos por sí solos no pueden satisfacer las necesidades de la creciente producción de diversos dispositivos semiconductores. A finales de 1959, una fina capa decristal únicoTecnología de crecimiento material: se desarrolló un crecimiento epitaxial.

El crecimiento epitaxial es hacer crecer una capa de material que cumpla con los requisitos en un solo sustrato de cristal que se ha procesado cuidadosamente mediante el corte, la molienda y el pulido bajo ciertas condiciones. Dado que la capa de producto único cultivado es una extensión de la red de sustrato, la capa de material cultivado se llama capa epitaxial.

Clasificación por las propiedades de la capa epitaxial.

·Epitaxia homogénea: Elcapa epitaxiales lo mismo que el material del sustrato, que mantiene la consistencia del material y ayuda a lograr la estructura del producto de alta calidad y las propiedades eléctricas.

·Epitaxia heterogénea: Elcapa epitaxiales diferente del material del sustrato. Al seleccionar un sustrato adecuado, las condiciones de crecimiento pueden optimizarse y el rango de aplicación del material puede ampliarse, pero los desafíos presentados por la falta de coincidencia y las diferencias de expansión térmica deben superarse.

Clasificación por posición del dispositivo

Epitaxia positiva: se refiere a la formación de una capa epitaxial en el material del sustrato durante el crecimiento del cristal, y el dispositivo se realiza en la capa epitaxial.

Epitaxia inversa: en contraste con la epitaxia positiva, el dispositivo se fabrica directamente en el sustrato, mientras que la capa epitaxial se forma en la estructura del dispositivo.

Diferencias de aplicación: la aplicación de los dos en fabricación de semiconductores depende de las propiedades del material requeridas y los requisitos de diseño del dispositivo, y cada uno es adecuado para diferentes flujos de procesos y requisitos técnicos.

Clasificación por método de crecimiento epitaxial.

· La epitaxia directa es un método para usar calentamiento, bombardeo de electrones o campo eléctrico externo para que los átomos de material de crecimiento obtengan suficiente energía, y migrar y depositar directamente en la superficie del sustrato para completar el crecimiento epitaxial, como la deposición del vacío, la pulverización, la sublimación, etc. . Sin embargo, este método tiene requisitos estrictos en el equipo. La resistividad y el grosor de la película tienen poca repetibilidad, por lo que no se ha utilizado en la producción epitaxial de silicio.

· La epitaxia indirecta es el uso de reacciones químicas para depositar y cultivar capas epitaxiales en la superficie del sustrato, que se llama ampliamente deposición de vapor químico (CVD). Sin embargo, la película delgada cultivada por CVD no es necesariamente un solo producto. Por lo tanto, estrictamente hablando, solo la ECV que crece una sola película es el crecimiento epitaxial. Este método tiene un equipo simple, y los diversos parámetros de la capa epitaxial son más fáciles de controlar y tienen una buena repetibilidad. En la actualidad, el crecimiento epitaxial de silicio utiliza principalmente este método.

Otras categorias

·Según el método de transporte de átomos de materiales epitaxiales al sustrato, se puede dividir en epitaxia al vacío, epitaxia en fase gaseosa, epitaxia en fase líquida (LPE), etc.

· Según el proceso de cambio de fase, la epitaxia se puede dividir enEpitaxia de fase gaseosa, Epitaxia de fase líquida, yepitaxia en fase sólida.

Problemas resueltos por proceso epitaxial

·Cuando comenzó la tecnología de crecimiento epitaxial del silicio, fue el momento en que la fabricación de transistores de silicio de alta frecuencia y alta potencia encontró dificultades. Desde la perspectiva del principio del transistor, para obtener alta frecuencia y alta potencia, el voltaje de ruptura del colector debe ser alto y la resistencia en serie debe ser pequeña, es decir, la caída de voltaje de saturación debe ser pequeña. El primero requiere que la resistividad del material del área del colector sea alta, mientras que el segundo requiere que la resistividad del material del área del colector sea baja, y los dos son contradictorios. Si la resistencia en serie se reduce adelgazando el espesor del material del área del colector, la oblea de silicio será demasiado delgada y frágil para procesarse. Si se reduce la resistividad del material, contradice el primer requisito. La tecnología epitaxial ha resuelto con éxito esta dificultad.

Solución:

·Cultivar una capa epitaxial de alta resistividad sobre un sustrato con resistividad extremadamente baja y fabricar el dispositivo sobre la capa epitaxial. La capa epitaxial de alta resistividad asegura que el tubo tenga un alto voltaje de ruptura, mientras que el sustrato de baja resistividad reduce la resistencia del sustrato y la caída de voltaje de saturación, resolviendo así la contradicción entre los dos.

Además, también se han desarrollado enormemente tecnologías epitaxiales como la epitaxia en fase de vapor, la epitaxia en fase líquida, la epitaxia de haz molecular y la epitaxia en fase de vapor de compuestos orgánicos metálicos de la familia 1-V, la familia 1-V y otros materiales semiconductores compuestos como GaAs. y se han convertido en tecnologías de proceso indispensables para la fabricación de la mayoría de microondas ydispositivos optoelectrónicos.

En particular, la aplicación exitosa de haces moleculares yvapor orgánico de metalEpitaxia de fase en capas ultra delgadas, superprilitices, pozos cuánticos, superimitis tensas y epitaxia de capa delgada de nivel atómico ha establecido las bases para el desarrollo de un nuevo campo de investigación de semiconductores, "Ingeniería de banda".

Características del crecimiento epitaxial.

(1) Las capas epitaxiales de alta (baja) resistencia se pueden cultivar epitaxialmente sobre sustratos de baja (alta) resistencia.

(2) Las capas epitaxiales de N(P) se pueden cultivar sobre sustratos de P(N) para formar directamente uniones PN. No existe ningún problema de compensación al realizar uniones PN sobre sustratos únicos mediante difusión.

(3) Combinado con la tecnología de máscaras, el crecimiento epitaxial selectivo se puede llevar a cabo en áreas designadas, creando condiciones para la producción de circuitos y dispositivos integrados con estructuras especiales.

(4) El tipo y la concentración de dopaje se pueden cambiar según sea necesario durante el crecimiento epitaxial. El cambio de concentración puede ser abrupto o gradual.

(5) Se pueden cultivar capas ultrafinas de compuestos heterogéneos, de múltiples capas y de múltiples componentes con componentes variables.

(6) El crecimiento epitaxial se puede llevar a cabo a una temperatura inferior al punto de fusión del material. La tasa de crecimiento es controlable y se puede lograr un crecimiento epitaxial de espesor a escala atómica.

Requisitos para el crecimiento epitaxial.

(1) La superficie debe ser plana y brillante, sin defectos de la superficie, como puntos brillantes, pozos, manchas de niebla y líneas de deslizamiento

(2) buena integridad cristalina, baja dislocación y densidad de fallas de apilamiento. Paraepitaxia de silicio, la densidad de dislocación debe ser inferior a 1000/cm2, la densidad de fallas de apilamiento debe ser inferior a 10/cm2 y la superficie debe permanecer brillante después de haber sido corroída por una solución de grabado con ácido crómico.

(3) La concentración de impurezas de fondo de la capa epitaxial debe ser baja y se debe requerir menos compensación. La pureza de la materia prima debe ser alta, el sistema debe estar bien sellado, el ambiente debe estar limpio y la operación debe ser estricta para evitar la incorporación de impurezas extrañas a la capa epitaxial.

(4) Para la epitaxia heterogénea, la composición de la capa epitaxial y el sustrato debería cambiar repentinamente (excepto el requisito de un cambio lento de composición) y la difusión mutua de la composición entre la capa epitaxial y el sustrato debe minimizarse.

(5) La concentración de dopaje debe controlarse estrictamente y distribuirse uniformemente para que la capa epitaxial tenga una resistividad uniforme que cumpla con los requisitos. Se requiere que la resistividad deobleas epitaxialescultivado en diferentes hornos en el mismo horno debe ser consistente.

(6) El espesor de la capa epitaxial debe cumplir los requisitos, con buena uniformidad y repetibilidad.

(7) Después del crecimiento epitaxial sobre un sustrato con una capa enterrada, la distorsión del patrón de la capa enterrada es muy pequeña.

(8) El diámetro de la oblea epitaxial debe ser lo más grande posible para facilitar la producción en masa de dispositivos y reducir los costos.

(9) La estabilidad térmica decapas epitaxiales de semiconductores compuestosY la epitaxia de la heterounión es buena.