¿Cuál es el proceso epitaxial?

Descripción general de los procesos epitaxiales

El término "epitaxia" deriva de las palabras griegas "epi", "que significa" sobre "y" taxis ", que significa" ordenado ", que indica la naturaleza ordenada del crecimiento cristalino. La epitaxia es un proceso crucial en la fabricación de semiconductores, que se refiere al crecimiento de una capa cristalina delgada en un sustrato cristalino. El proceso de epitaxia (EPI) en la fabricación de semiconductores tiene como objetivo depositar una capa fina de cristal único, generalmente alrededor de 0.5 a 20 micras, en un solo sustrato de cristal. El proceso EPI es un paso significativo en la fabricación de dispositivos de semiconductores, especialmente enoblea de siliciofabricación.

La epitaxia permite la deposición de películas delgadas que están altamente ordenadas y se pueden adaptar para propiedades electrónicas específicas. Este proceso es esencial para crear dispositivos semiconductores de alta calidad, como diodos, transistores y circuitos integrados.

Tipos de epitaxia

En el proceso de epitaxia, la orientación del crecimiento está determinada por el cristal de la base subyacente.  Puede haber una o muchas capas de epitaxia dependiendo de la repetición de la deposición. El proceso de epitaxia se puede emplear para formar una capa delgada de material que puede ser igual o diferente del sustrato subyacente en términos de composición y estructura química. La epitaxia se puede clasificar en dos categorías principales basadas en la relación entre el sustrato y la capa epitaxial:HomoepitaxiayHeteroepitaxia.

A continuación, analizaremos las diferencias entre la homoepitaxia y la heteroepitaxia de cuatro dimensiones: capa cultivada, estructura de cristal y red, ejemplo y aplicación:

● Homoepitaxia: Esto ocurre cuando la capa epitaxial está hecha del mismo material que el sustrato.

✔ Capa adulta: La capa cultivada epitaxialmente es del mismo material que la capa de sustrato.

✔ Estructura cristalina y red: La estructura cristalina y la constante de red del sustrato y la capa epitaxial son las mismas.

✔ Ejemplo: Crecimiento epitaxial de silicio altamente puro sobre el silicio del sustrato.

✔ Aplicación: Construcción del dispositivo semiconductor donde se requieren capas de diferentes niveles de dopaje o películas puras en sustratos que son menos puros.

● Heteroepitaxia: Esto implica que se utilizan diferentes materiales para la capa y el sustrato, como el cultivo de arsenuro de aluminio galio (Algaas) en el arsenuro de galio (GAA). La heteroepitaxia exitosa requiere estructuras de cristal similares entre los dos materiales para minimizar los defectos.

✔ Capa adulta: La capa cultivada epitaxialmente es de un material diferente al de la capa de sustrato.

✔ Estructura cristalina y red: La estructura cristalina y la constante de red del sustrato y la capa epitaxial son diferentes.

✔ Ejemplo: Arseniuro de galio de crecimiento epitaxialmente en un sustrato de silicio.

✔ Aplicación: Construcción del dispositivo semiconductor donde se necesitan capas de diferentes materiales o para construir una película cristalina de un material que no esté disponible como un solo cristal.

Factores que influyen en el proceso EPI en la fabricación de semiconductores:

✔ Temperatura: Afecta la tasa de epitaxia y la densidad de la capa epitaxial. La temperatura requerida para el proceso de epitaxia es más alta que la temperatura ambiente, y el valor depende del tipo de epitaxia.

✔ Presión: Afecta la tasa de epitaxia y la densidad de la capa epitaxial.

✔ Defectos: Los defectos en la epitaxia conducen a obleas defectuosas. Las condiciones físicas requeridas para el proceso EPI deben mantenerse para el crecimiento de la capa epitaxial no defectuosa.

✔ Posición deseada: El crecimiento epitaxial debe estar en las posiciones correctas en el cristal. Las regiones que deben excluirse del proceso epitaxial deben filmarse adecuadamente para evitar el crecimiento.

✔ Autodoping: Como el proceso de epitaxia se realiza a altas temperaturas, los átomos de dopante pueden ser capaces de traer variaciones en el material.

Técnicas de crecimiento epitaxial

Existen varios métodos para realizar el proceso de epitaxia: epitaxia de fase líquida, epitaxia de fase de vapor híbrido, epitaxia de fase sólida, deposición de la capa de átomo, deposición de vapor químico, epitaxia del haz molecular, etc. Comparemos los dos procesos de epitaxia: CVD y MBE.

Modos de crecimiento epitaxial

Modos de crecimiento de la epitaxia: El crecimiento epitaxial puede ocurrir a través de diferentes modos, que afectan cómo se forman las capas:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): Caracterizado por el crecimiento tridimensional de la isla donde la nucleación ocurre antes de la formación continua de la película.

✔ (b)Frank-Van der Merwe (FM): Involucra el crecimiento de capa por capa, promoviendo un grosor uniforme.

✔ (c) Los krastanos laterales (SK): Una combinación de VW y FM, comenzando con el crecimiento de la capa que se transforma a la formación de la isla después de alcanzar un grosor crítico.

La importancia del crecimiento de la epitaxia en la fabricación de semiconductores

La epitaxia es vital para mejorar las propiedades eléctricas de las obleas de semiconductores. La capacidad de controlar los perfiles de dopaje y lograr características específicas del material hace que la epitaxia sea indispensable en la electrónica moderna.

Además, los procesos epitaxiales son cada vez más significativos en el desarrollo de sensores de alto rendimiento y electrónica de potencia, lo que refleja los avances en curso en la tecnología de semiconductores. La precisión requerida para controlar parámetros comotemperatura, presión y caudal de gasDurante el crecimiento epitaxial es fundamental para lograr capas cristalinas de alta calidad con defectos mínimos.