Mis on pooljuhtide epitaksia protsess?

Ideaalne on ehitada integraallülitused või pooljuhtseadmed täiuslikule kristalsele aluskihile. Theepitaksia(epi) pooljuhtide valmistamise protsessi eesmärk on sadestada ühekristallilisele substraadile peen ühekristalliline kiht, tavaliselt umbes 0,5–20 mikronit. Epitaksiprotsess on oluline samm pooljuhtseadmete valmistamisel, eriti räniplaatide valmistamisel.

Epitaksia (epi) protsess pooljuhtide tootmises

Ülevaade epitaksist pooljuhtide tootmises

Mis see on? Epitaksia (epi) protsess pooljuhtide tootmises võimaldab kasvatada õhukese kristallilise kihi kindlas orientatsioonis kristalse substraadi peal.

Eesmärk Pooljuhtide valmistamisel on epitaksiprotsessi eesmärk muuta elektronide transportimine läbi seadme tõhusamaks. Pooljuhtseadiste konstruktsioonis lisatakse epitaksikihid, et täpsustada ja muuta struktuur ühtlaseks.

ProtsessepitaksiaSee protsess võimaldab kasvatada samast materjalist substraadil kõrgema puhtusastmega epitaksiaalseid kihte. Mõnes pooljuhtmaterjalis, nagu heteroliidese bipolaarsed transistorid (HBT-d) või metalloksiid-pooljuhtväljatransistorid (MOSFET-id), kasutatakse substraadist erineva materjalikihi kasvatamiseks epitaksiprotsessi. See on epitaksia protsess, mis võimaldab kasvatada madala tihedusega legeeritud kihti tugevalt legeeritud materjali kihile.

Ülevaade epitaksiprotsessist pooljuhtide tootmises

Mis see on? Epitaksia (epi) protsess pooljuhtide tootmises võimaldab kasvatada õhukese kristallilise kihi kindlas orientatsioonis kristalse substraadi peal.

Eesmärk pooljuhtide tootmises, epitaksiprotsessi eesmärk on muuta seadme kaudu transporditavad elektronid tõhusamaks. Pooljuhtseadiste konstruktsioonis lisatakse epitaksikihid, et täpsustada ja muuta struktuur ühtlaseks.

Epitaksimisprotsess võimaldab kasvatada samast materjalist substraadil kõrgema puhtusastmega epitaksiaalseid kihte. Mõnes pooljuhtmaterjalis, nagu heteroliidese bipolaarsed transistorid (HBT-d) või metalloksiid-pooljuhtväljatransistorid (MOSFET-id), kasutatakse substraadist erineva materjalikihi kasvatamiseks epitaksiprotsessi. Just epitaksiprotsess võimaldab kasvatada madala tihedusega legeeritud kihti tugevalt legeeritud materjali kihile.

Epitaksiaalsete protsesside tüübid pooljuhtide tootmises

Epitaksiaalses protsessis määrab kasvu suuna selle aluseks olev substraadi kristall. Sõltuvalt ladestumise kordusest võib olla üks või mitu epitaksiaalset kihti. Epitaksiaalseid protsesse saab kasutada õhukeste materjalikihtide moodustamiseks, mis on keemilise koostise ja struktuuri poolest samasugused või erinevad aluspinnast.

Kaks tüüpi Epi protsesse

OmadusedHomoepitaksia Heteroepitaksia

Kasvukihid Epitaksiaalne kasvukiht on samast materjalist kui substraadikiht Epitaksiaalne kasvukiht on substraadikihist erinev materjal

Kristalli struktuur ja võre Substraadi ja epitaksiaalse kihi kristallstruktuur ja võrekonstant on samad Substraadi ja epitaksiaalse kihi kristallstruktuur ja võrekonstant on erinevad

Näited Kõrge puhtusastmega räni epitaksiaalne kasv ränisubstraadil Galliumarseniidi epitaksiaalne kasv ränisubstraadil

Kasutusalad Pooljuhtseadiste struktuurid, mis nõuavad erineva dopingutasemega kihte või puhtaid kilesid vähem puhastel aluspindadel. Pooljuhtseadiste struktuurid, mis nõuavad erinevate materjalide kihte või kristallkilede ehitamist materjalidest, mida ei saa monokristallidena saada

Epi protsesside kahte tüüpi

Omadused Homoepitaksia Heteroepitaksia

Kasvukiht Epitaksiaalne kasvukiht on samast materjalist kui substraadikiht Epitaksiaalne kasvukiht on substraadikihist erinev materjal

Kristalli struktuur ja võre Substraadi ja epitaksiaalse kihi kristallstruktuur ja võrekonstant on samad Substraadi ja epitaksiaalse kihi kristallstruktuur ja võrekonstant on erinevad

Näited Kõrge puhtusastmega räni epitaksiaalne kasv ränisubstraadil Galliumarseniidi epitaksiaalne kasv ränisubstraadil

Kasutusalad Pooljuhtseadiste struktuurid, mis nõuavad erineva dopingutasemega kihte või puhtaid kilesid vähem puhastel aluspindadel Pooljuhtseadiste struktuurid, mis nõuavad erinevate materjalide kihte või ehitavad kristallilisi kilesid materjalidest, mida ei saa monokristallidena saada

Pooljuhtide tootmise epitaksiaalseid protsesse mõjutavad tegurid

Faktoride kirjeldus

Temperatuur Mõjutab epitaksia kiirust ja epitaksiaalse kihi tihedust. Epitaksia protsessiks vajalik temperatuur on kõrgem kui toatemperatuur ja väärtus sõltub epitaksia tüübist.

Rõhk Mõjutab epitaksia kiirust ja epitaksiaalse kihi tihedust.

Defektid Epitaksia defektid toovad kaasa defektsed vahvlid. Epitaksiaalse kihi defektideta kasvu tagamiseks tuleks säilitada epitaksiprotsessiks vajalikud füüsilised tingimused.

Soovitud asend Epitaksia protsess peaks kasvama kristalli õiges asendis. Piirkonnad, kus protsessi käigus kasvu ei soovi, tuleks kasvu vältimiseks korralikult katta.

Isedoping Kuna epitakseerimisprotsess viiakse läbi kõrgetel temperatuuridel, võivad lisandiaatomid põhjustada materjalis muutusi.

Faktori kirjeldus

Temperatuur Mõjutab epitaksia kiirust ja epitaksiaalse kihi tihedust. Epitaksiaalseks protsessiks vajalik temperatuur on toatemperatuurist kõrgem ja väärtus sõltub epitaksi tüübist.

Rõhk mõjutab epitaksia kiirust ja epitaksiaalse kihi tihedust.

Defektid Epitaksia defektid toovad kaasa defektsed vahvlid. Epitaksiaalse kihi defektideta kasvu tagamiseks tuleb säilitada epitaksiprotsessiks vajalikud füüsilised tingimused.

Soovitud asukoht Epitaksia protsess peaks kasvama kristalli õiges kohas. Piirkonnad, kus selle protsessi käigus kasvu ei soovi, tuleks kasvu vältimiseks korralikult katta.

Isedoping Kuna epitakseerimisprotsess viiakse läbi kõrgetel temperatuuridel, võivad lisandiaatomid põhjustada materjalis muutusi.

Epitaksiaalne tihedus ja kiirus

Epitaksiaalse kasvu tihedus on aatomite arv materjali mahuühiku kohta epitaksiaalses kasvukihis. Sellised tegurid nagu temperatuur, rõhk ja pooljuhtsubstraadi tüüp mõjutavad epitaksiaalset kasvu. Üldiselt varieerub epitaksiaalse kihi tihedus ülaltoodud teguritega. Kiirust, millega epitaksiaalkiht kasvab, nimetatakse epitaksikiiruseks.

Kui epitaksit kasvatatakse õiges kohas ja õiges suunas, on kasvukiirus kõrge ja vastupidi. Sarnaselt epitaksiaalse kihi tihedusele sõltub epitakseerimiskiirus ka füüsikalistest teguritest, nagu temperatuur, rõhk ja substraadi materjali tüüp.

Epitaksiaalne kiirus suureneb kõrgel temperatuuril ja madalal rõhul. Epitaksia kiirus sõltub ka substraadi struktuuri orientatsioonist, reagentide kontsentratsioonist ja kasutatavast kasvutehnikast.

Epitaksia protsessi meetodid

On mitmeid epitaksia meetodeid:vedelfaasi epitaksia (LPE), hübriidne aurufaasi epitaksia, tahke faasi epitaksia,aatomikihi sadestumine, keemiline aurustamine-sadestamine, molekulaarkiire epitaksiajne. Võrdleme kahte epitaksiprotsessi: CVD ja MBE.

Keemiline aurustamine-sadestamine (CVD) Molekulaarkiirepitaksia (MBE)

Keemiline protsess Füüsikaline protsess

Hõlmab keemilist reaktsiooni, mis toimub siis, kui gaasi lähteaine kohtub kasvukambris või reaktoris kuumutatud substraadiga. Sadestatavat materjali kuumutatakse vaakumi tingimustes

Kile kasvuprotsessi täpne juhtimine Kasvanud kihi paksuse ja koostise täpne kontroll

Kvaliteetseid epitaksiaalkihte nõudvate rakenduste jaoks Rakenduste jaoks, mis nõuavad eriti peeneid epitaksiaalkihte

Enimkasutatav meetod Kallim meetod

Keemiline protsess Füüsikaline protsess

Hõlmab keemilist reaktsiooni, mis toimub siis, kui gaasi lähteaine kohtub kasvukambris või reaktoris kuumutatud substraadiga. Sadestatavat materjali kuumutatakse vaakumi tingimustes

Õhukese kile kasvuprotsessi täpne juhtimine Kasvanud kihi paksuse ja koostise täpne kontroll

Kasutatakse rakendustes, mis nõuavad kvaliteetseid epitaksiaalseid kihte Kasutatakse rakendustes, mis nõuavad väga peeneid epitaksiaalseid kihte

Enimkasutatav meetod Kallim meetod

Epitaksia protsess on pooljuhtide valmistamisel kriitiline; see optimeerib jõudlust

pooljuhtseadmed ja integraallülitused. See on pooljuhtseadmete valmistamise üks peamisi protsesse, mis mõjutab seadme kvaliteeti, omadusi ja elektrilist jõudlust.