เทคโนโลยีการเตรียม epitaxy ของซิลิคอน (Si)

ซิลิคอน (Si) epitaxyเทคโนโลยีการเตรียมการ

การเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวคืออะไร?

·วัสดุผลึกเดี่ยวเพียงอย่างเดียวไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ต่างๆ ที่กำลังเติบโตได้ เมื่อปลายปี พ.ศ. 2502 มีชั้นบางๆ ของคริสตัลเดี่ยวเทคโนโลยีการเจริญเติบโตของวัสดุ - การเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวได้รับการพัฒนา

การเติบโตแบบอีปิโทแกนคือการเพิ่มชั้นของวัสดุที่ตรงตามข้อกำหนดบนพื้นผิวผลึกเดี่ยวที่ได้รับการประมวลผลอย่างระมัดระวังโดยการตัด เจียร และขัดเงาภายใต้เงื่อนไขบางประการ เนื่องจากชั้นผลิตภัณฑ์เดี่ยวที่ปลูกเป็นส่วนต่อขยายของโครงตาข่ายของซับสเตรต ชั้นวัสดุที่ปลูกจึงเรียกว่าชั้นเอพิแทกเซียล

จำแนกตามคุณสมบัติของชั้นเอพิแทกเซียล

·เยื่อบุผิวที่เป็นเนื้อเดียวกัน: เดอะชั้นเยื่อบุผิวเหมือนกับวัสดุพื้นผิวซึ่งรักษาความสม่ำเสมอของวัสดุและช่วยให้ได้โครงสร้างผลิตภัณฑ์และคุณสมบัติทางไฟฟ้าคุณภาพสูง

·Epitaxy ต่างกัน: เดอะชั้นเยื่อบุผิวแตกต่างจากวัสดุรองพื้น โดยการเลือกวัสดุพิมพ์ที่เหมาะสม สภาวะการเติบโตสามารถปรับให้เหมาะสมและสามารถขยายช่วงการใช้งานของวัสดุได้ แต่ต้องเอาชนะความท้าทายที่เกิดจากความไม่ตรงกันของโครงตาข่ายและความแตกต่างของการขยายตัวเนื่องจากความร้อน

จำแนกตามตำแหน่งอุปกรณ์

เยื่อบุผิวเชิงบวก: หมายถึงการก่อตัวของชั้นเยื่อบุผิวบนวัสดุพื้นผิวในระหว่างการเจริญเติบโตของผลึก และอุปกรณ์ถูกสร้างขึ้นบนชั้นเยื่อบุผิว

Reverse epitaxy: ตรงกันข้ามกับ epitaxy เชิงบวก อุปกรณ์ถูกผลิตขึ้นโดยตรงบนพื้นผิว ในขณะที่ชั้น epitaxy ถูกสร้างขึ้นบนโครงสร้างของอุปกรณ์

ความแตกต่างของการใช้งาน: การใช้ทั้งสองอย่างในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุที่ต้องการและข้อกำหนดในการออกแบบอุปกรณ์ และแต่ละอย่างก็เหมาะสำหรับการไหลของกระบวนการและข้อกำหนดทางเทคนิคที่แตกต่างกัน

จำแนกประเภทตามวิธีการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว

· เยื่อบุผิวโดยตรงเป็นวิธีการใช้ความร้อน การทิ้งระเบิดอิเล็กตรอน หรือสนามไฟฟ้าภายนอกเพื่อทำให้อะตอมของวัสดุที่กำลังเติบโตได้รับพลังงานเพียงพอ และเคลื่อนย้ายและสะสมบนพื้นผิวของสารตั้งต้นโดยตรงเพื่อให้การเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวสมบูรณ์ เช่น การสะสมของสุญญากาศ การสปัตเตอร์ การระเหิด ฯลฯ อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับอุปกรณ์ ความต้านทานและความหนาของฟิล์มมีความสามารถในการทำซ้ำได้ต่ำ ดังนั้นจึงไม่ได้ใช้ในการผลิตซิลิกอนเอพิแทกเซียล

· เยื่อบุผิวทางอ้อมคือการใช้ปฏิกิริยาเคมีเพื่อสะสมและขยายชั้นเยื่อบุผิวบนพื้นผิวของสารตั้งต้น ซึ่งเรียกอย่างกว้างๆ ว่าการสะสมไอสารเคมี (CVD) อย่างไรก็ตาม ฟิล์มบางที่ปลูกโดย CVD ไม่จำเป็นต้องเป็นผลิตภัณฑ์เดียวเสมอไป ดังนั้น หากพูดอย่างเคร่งครัด มีเพียง CVD ที่เติบโตในชั้นฟิล์มเพียงชั้นเดียวเท่านั้นที่จะเติบโตในชั้นเยื่อบุผิว วิธีนี้มีอุปกรณ์ง่ายๆ และพารามิเตอร์ต่างๆ ของชั้น epitaxis นั้นควบคุมได้ง่ายกว่าและมีการทำซ้ำได้ดี ปัจจุบันการเจริญเติบโตของซิลิคอนอีพิเทกเซียลใช้วิธีนี้เป็นหลัก

หมวดหมู่อื่นๆ

·ตามวิธีการขนส่งอะตอมของวัสดุ epitaxis ไปยังสารตั้งต้น มันสามารถแบ่งออกเป็น epitaxy สุญญากาศ, epitaxy เฟสก๊าซ, epitaxy เฟสของเหลว (LPE) ฯลฯ

·ตามกระบวนการเปลี่ยนเฟส เยื่อบุผิวสามารถแบ่งออกได้เป็นepitaxy เฟสก๊าซ, epitaxy เฟสของเหลว, และepitaxy เฟสของแข็ง.

ปัญหาได้รับการแก้ไขโดยกระบวนการ epitaxis

·เมื่อเทคโนโลยีการเติบโตของซิลิคอนเอปิแอกเซียลเริ่มต้นขึ้น ก็เป็นช่วงเวลาที่การผลิตทรานซิสเตอร์ความถี่สูงและกำลังสูงของซิลิคอนประสบปัญหา จากมุมมองของหลักการของทรานซิสเตอร์ เพื่อให้ได้ความถี่สูงและกำลังสูง แรงดันพังทลายของตัวสะสมจะต้องสูงและความต้านทานอนุกรมต้องมีน้อย กล่าวคือ แรงดันตกคร่อมอิ่มตัวจะต้องมีน้อย แบบแรกต้องการความต้านทานของวัสดุบริเวณตัวรวบรวมให้สูง ในขณะที่แบบหลังต้องการความต้านทานของวัสดุบริเวณตัวรวบรวมให้ต่ำ และทั้งสองขัดแย้งกัน หากความต้านทานอนุกรมลดลงโดยการลดความหนาของวัสดุบริเวณตัวรวบรวม เวเฟอร์ซิลิคอนจะบางเกินไปและเปราะบางเกินกว่าจะนำไปแปรรูปได้ หากความต้านทานของวัสดุลดลง จะขัดแย้งกับข้อกำหนดแรก เทคโนโลยี Epitaxis สามารถแก้ไขปัญหานี้ได้สำเร็จ

สารละลาย:

·สร้างชั้นอีพิแทกเซียลที่มีความต้านทานสูงบนซับสเตรตที่มีความต้านทานต่ำมาก และผลิตอุปกรณ์บนชั้นอีพิแทกเซียล ชั้นอีพิแทกเซียลที่มีความต้านทานสูงช่วยให้แน่ใจว่าท่อมีแรงดันพังทลายสูง ในขณะที่ซับสเตรตที่มีความต้านทานต่ำจะช่วยลดความต้านทานของซับสเตรตและแรงดันตกคร่อมอิ่มตัว จึงช่วยแก้ไขข้อขัดแย้งระหว่างทั้งสอง

นอกจากนี้ เทคโนโลยี epitaxy เช่น epitaxy เฟสไอ, epitaxy เฟสของเหลว, epitaxy ลำแสงโมเลกุล และ epitaxy เฟสไอของสารประกอบอินทรีย์โลหะของตระกูล 1-V, ตระกูล 1-V และวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ผสมอื่น ๆ เช่น GaAs ยังได้รับการพัฒนาอย่างมากเช่นกัน และได้กลายเป็นเทคโนโลยีกระบวนการที่ขาดไม่ได้สำหรับการผลิตไมโครเวฟและอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์.

โดยเฉพาะการประยุกต์ใช้ลำแสงโมเลกุลและไออินทรีย์ของโลหะเฟสเอพิแทกซีในชั้นบางเฉียบ ซูเปอร์แลตติซ ควอนตัมเวลล์ ซูเปอร์แลตติซที่ตึงเครียด และเอพิแท็กซีในชั้นบางระดับอะตอม ได้วางรากฐานสำหรับการพัฒนาการวิจัยเซมิคอนดักเตอร์สาขาใหม่ ซึ่งเรียกว่า "วิศวกรรมแบนด์"

ลักษณะของการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว

(1) ชั้นเยื่อบุผิวที่มีความต้านทานสูง (ต่ำ) สามารถปลูกได้บนพื้นผิวที่มีความต้านทานต่ำ (สูง)

(2) ชั้น epitaxis N(P) สามารถปลูกได้บนพื้นผิว P(N) เพื่อสร้างจุดเชื่อมต่อ PN โดยตรง ไม่มีปัญหาการชดเชยเมื่อสร้างรอยต่อ PN บนวัสดุพิมพ์เดี่ยวโดยการแพร่กระจาย

(3) เมื่อรวมกับเทคโนโลยีมาส์ก การเจริญเติบโตแบบเลือกเอพิเทกเซียลสามารถทำได้ในพื้นที่ที่กำหนด ทำให้เกิดเงื่อนไขสำหรับการผลิตวงจรรวมและอุปกรณ์ที่มีโครงสร้างพิเศษ

(4) ชนิดและความเข้มข้นของสารกระตุ้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามต้องการในระหว่างการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นอาจเกิดขึ้นอย่างฉับพลันหรือค่อยเป็นค่อยไป

(5) ชั้นบางเฉียบของสารประกอบที่ต่างกัน หลายชั้น หลายองค์ประกอบที่มีส่วนประกอบแปรผันสามารถเติบโตได้

(6) การเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวสามารถทำได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของวัสดุ อัตราการเติบโตสามารถควบคุมได้ และสามารถทำการเติบโตของอีพิแทกเซียลของความหนาระดับอะตอมได้

ข้อกำหนดสำหรับการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว

(1) พื้นผิวควรเรียบและสว่าง โดยไม่มีข้อบกพร่องของพื้นผิว เช่น จุดสว่าง หลุม คราบหมอก และเส้นลื่น

(2) ความสมบูรณ์ของผลึกที่ดี ความคลาดเคลื่อนต่ำ และความหนาแน่นของข้อบกพร่องในการซ้อน สำหรับซิลิกอน epitaxyความหนาแน่นของความคลาดเคลื่อนควรน้อยกว่า 1,000/ซม.2 ความหนาแน่นของข้อบกพร่องในการซ้อนควรน้อยกว่า 10/ซม.2 และพื้นผิวควรยังคงสว่างอยู่หลังจากถูกกัดกร่อนด้วยสารละลายกัดกรดโครมิก

(3) ความเข้มข้นของสิ่งเจือปนพื้นหลังของชั้น epitaxis ควรต่ำและต้องการการชดเชยน้อยกว่า ความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบควรสูง ระบบควรปิดผนึกอย่างดี สภาพแวดล้อมควรสะอาด และการดำเนินการควรเข้มงวดเพื่อหลีกเลี่ยงการรวมตัวของสิ่งเจือปนจากต่างประเทศเข้าไปในชั้นเยื่อบุผิว

(4) สำหรับ epitaxy ที่ต่างกัน องค์ประกอบของชั้น epitaxis และสารตั้งต้นควรเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน (ยกเว้นข้อกำหนดในการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบช้า) และควรลดการแพร่กระจายร่วมกันขององค์ประกอบระหว่างชั้น epitaxis และสารตั้งต้น

(5) ความเข้มข้นของสารต้องห้ามควรได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดและกระจายอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้ชั้นเยื่อบุผิวมีความต้านทานสม่ำเสมอซึ่งตรงตามข้อกำหนด จำเป็นต้องมีความต้านทานของเวเฟอร์ epitaxisปลูกในเตาต่าง ๆ ในเตาเดียวกันควรจะสม่ำเสมอ

(6) ความหนาของชั้น epitaxis ควรเป็นไปตามข้อกำหนด โดยมีความสม่ำเสมอและการทำซ้ำที่ดี

(7) หลังจากการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวบนพื้นผิวที่มีชั้นฝังอยู่ การบิดเบือนรูปแบบของชั้นที่ฝังอยู่มีขนาดเล็กมาก

(8) เส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นเวเฟอร์ epitaxis ควรมีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่ออำนวยความสะดวกในการผลิตอุปกรณ์จำนวนมากและลดต้นทุน

(9) เสถียรภาพทางความร้อนของชั้น epitaxis ของสารกึ่งตัวนำแบบผสมและ epitaxy ของจุดเชื่อมต่อแบบเฮเทอโรจังค์ชันก็ดี