กระบวนการ epitaxy ของเซมิคอนดักเตอร์คืออะไร?

เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างวงจรรวมหรืออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์บนชั้นฐานที่เป็นผลึกที่สมบูรณ์แบบ ที่เยื่อบุผิวกระบวนการ (epi) ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์มีเป้าหมายที่จะสะสมชั้นผลึกเดี่ยวละเอียด ซึ่งปกติแล้วจะหนาประมาณ 0.5 ถึง 20 ไมครอน บนพื้นผิวที่เป็นผลึกเดี่ยว กระบวนการเอพิแทกซีเป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน

กระบวนการ Epitaxy (epi) ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

ภาพรวมของ Epitaxy ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

คืออะไร กระบวนการ epitaxy (epi) ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ช่วยให้ชั้นผลึกบาง ๆ มีการเจริญเติบโตในทิศทางที่กำหนดที่ด้านบนของซับสเตรตที่เป็นผลึก

เป้าหมายในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เป้าหมายของกระบวนการเอพิแทกซีคือการทำให้อิเล็กตรอนขนส่งผ่านอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ในการก่อสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ชั้น epitaxy จะถูกรวมไว้เพื่อปรับแต่งและทำให้โครงสร้างมีความสม่ำเสมอ

กระบวนการเยื่อบุผิวกระบวนการนี้ทำให้ชั้น epitaxis มีความบริสุทธิ์สูงขึ้นบนพื้นผิวที่เป็นวัสดุชนิดเดียวกัน ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์บางชนิด เช่น ทรานซิสเตอร์แบบเฮเทอโรจังก์ชั่นไบโพลาร์ (HBT) หรือทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กแบบเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์ (MOSFET) กระบวนการเอพิแทกซีจะใช้เพื่อสร้างชั้นของวัสดุที่แตกต่างจากซับสเตรต เป็นกระบวนการ epitaxy ที่ทำให้สามารถสร้างชั้นเจือที่มีความหนาแน่นต่ำบนชั้นของวัสดุที่มีการเจือปนสูงได้

ภาพรวมของกระบวนการเอพิแทกซีในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

คืออะไร กระบวนการ epitaxy (epi) ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ช่วยให้ชั้นผลึกบาง ๆ มีการเจริญเติบโตในทิศทางที่กำหนดที่ด้านบนของซับสเตรตที่เป็นผลึก

เป้าหมายในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เป้าหมายของกระบวนการ epitaxy คือการทำให้อิเล็กตรอนถูกขนส่งผ่านอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ในการก่อสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ชั้น epitaxy จะถูกรวมไว้เพื่อปรับแต่งและทำให้โครงสร้างมีความสม่ำเสมอ

กระบวนการเอพิแทกซีช่วยให้ชั้นเอพิแทกเซียลมีความบริสุทธิ์สูงขึ้นบนพื้นผิวที่เป็นวัสดุชนิดเดียวกันได้ ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์บางชนิด เช่น ทรานซิสเตอร์แบบเฮเทอโรจังก์ชั่นไบโพลาร์ (HBT) หรือทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กแบบเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์ (MOSFET) กระบวนการเอพิแทกซีจะใช้เพื่อสร้างชั้นของวัสดุที่แตกต่างจากซับสเตรต เป็นกระบวนการ epitaxy ที่ทำให้สามารถสร้างชั้นเจือที่มีความหนาแน่นต่ำบนชั้นของวัสดุที่มีการเจือปนสูงได้

ประเภทของกระบวนการอีปิแอกเซียลในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

ในกระบวนการอีพิแทกเซียล ทิศทางของการเติบโตจะถูกกำหนดโดยคริสตัลซับสเตรตที่อยู่ด้านล่าง ขึ้นอยู่กับการทำซ้ำของการทับถม อาจมีชั้น epitax หนึ่งชั้นขึ้นไปก็ได้ กระบวนการอีปิแอกเซียลสามารถใช้เพื่อสร้างชั้นบางๆ ของวัสดุที่มีองค์ประกอบและโครงสร้างทางเคมีเหมือนหรือแตกต่างกันจากซับสเตรตที่อยู่ด้านล่าง

กระบวนการ Epi สองประเภท

ลักษณะเฉพาะโฮโมอิพิแทกซี เฮเทอโรพิแทกซี

ชั้นการเจริญเติบโต ชั้นการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวเป็นวัสดุเดียวกับชั้นของสารตั้งต้น ชั้นการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวเป็นวัสดุที่แตกต่างจากชั้นของพื้นผิว

โครงสร้างผลึกและแลตทิซ โครงสร้างผลึกและค่าคงตัวของแลตทิซของซับสเตรตและชั้นเอพิโทแอกเชียลเหมือนกัน โครงสร้างผลึกและค่าคงที่แลตทิซของซับสเตรตและชั้นเอพิโทแอกเชียลต่างกัน

ตัวอย่าง การเติบโตทางเยื่อบุผิวของซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูงบนพื้นผิวซิลิกอน การเติบโตทางชั้นผิวของแกลเลียมอาร์เซไนด์บนพื้นผิวซิลิกอน

การใช้งาน โครงสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการชั้นของระดับการเติมสารหรือฟิล์มบริสุทธิ์บนพื้นผิวที่บริสุทธิ์น้อยกว่า โครงสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการชั้นของวัสดุที่แตกต่างกัน หรือการสร้างฟิล์มผลึกของวัสดุที่ไม่สามารถรับเป็นผลึกเดี่ยวได้

กระบวนการ Epi สองประเภท

ลักษณะเฉพาะ Homoepitaxy Heteroเยื่อบุผิว

ชั้นการเจริญเติบโต ชั้นการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวเป็นวัสดุเดียวกับชั้นของสารตั้งต้น ชั้นการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวเป็นวัสดุที่แตกต่างจากชั้นของพื้นผิว

โครงสร้างคริสตัลและแลตทิซ โครงสร้างผลึกและค่าคงที่ของแลตทิซของซับสเตรตและชั้นเอพิโทแอกเซียลเหมือนกัน โครงสร้างผลึกและค่าคงที่แลตทิซของซับสเตรตและชั้นเอพิเทเชียลต่างกัน

ตัวอย่าง การเติบโตทางชั้นนอกของซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูงบนพื้นผิวซิลิกอน การเจริญเติบโตทางชั้นนอกของแกลเลียมอาร์เซไนด์บนพื้นผิวซิลิกอน

โครงสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการชั้นของระดับการเติมสารหรือฟิล์มบริสุทธิ์บนพื้นผิวที่มีความบริสุทธิ์น้อยกว่า โครงสร้างอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ต้องการชั้นของวัสดุที่แตกต่างกัน หรือสร้างฟิล์มผลึกของวัสดุที่ไม่สามารถรับเป็นผลึกเดี่ยวได้

ปัจจัยที่ส่งผลต่อกระบวนการอีปิแอกเซียลในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

คำอธิบายปัจจัย

อุณหภูมิส่งผลต่ออัตราเยื่อบุผิวและความหนาแน่นของชั้นเยื่อบุผิว อุณหภูมิที่ต้องการสำหรับกระบวนการ epitaxy จะสูงกว่าอุณหภูมิห้อง และค่าจะขึ้นอยู่กับประเภทของ เยื่อบุผิว

ความดันส่งผลต่ออัตราเยื่อบุผิวและความหนาแน่นของชั้นเยื่อบุผิว

ข้อบกพร่อง ข้อบกพร่องใน epitaxy นำไปสู่ข้อบกพร่องเวเฟอร์ ควรรักษาสภาพทางกายภาพที่จำเป็นสำหรับกระบวนการ epitaxy เพื่อการเจริญเติบโตของชั้น epitaxy ที่ปราศจากข้อบกพร่อง

ตำแหน่งที่ต้องการ กระบวนการ epitaxy ควรเติบโตในตำแหน่งที่ถูกต้องของคริสตัล บริเวณที่ไม่ต้องการการเติบโตในระหว่างกระบวนการควรได้รับการเคลือบอย่างเหมาะสมเพื่อป้องกันการเจริญเติบโต

การเติมสารเจือปนด้วยตนเอง เนื่องจากกระบวนการ epitaxy ดำเนินการที่อุณหภูมิสูง อะตอมของสารเจือปนจึงอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในวัสดุได้

คำอธิบายปัจจัย

อุณหภูมิส่งผลต่ออัตราเยื่อบุผิวและความหนาแน่นของชั้นเยื่อบุผิว อุณหภูมิที่ต้องการสำหรับกระบวนการเอพิแทกเซียลนั้นสูงกว่าอุณหภูมิห้อง และค่าจะขึ้นอยู่กับประเภทของอีพิแทกซี

ความดันส่งผลต่ออัตราเยื่อบุผิวและความหนาแน่นของชั้นเยื่อบุผิว

ข้อบกพร่อง ข้อบกพร่องใน epitaxy นำไปสู่ข้อบกพร่องเวเฟอร์ ควรรักษาสภาพทางกายภาพที่จำเป็นสำหรับกระบวนการ epitaxy เพื่อการเจริญเติบโตของชั้นเยื่อบุผิวที่ปราศจากข้อบกพร่อง

ตำแหน่งที่ต้องการ กระบวนการ epitaxy ควรเติบโตในตำแหน่งที่ถูกต้องของคริสตัล บริเวณที่ไม่ต้องการการเติบโตในระหว่างกระบวนการนี้ควรได้รับการเคลือบอย่างเหมาะสมเพื่อป้องกันการเติบโต

การเติมสารเจือปนด้วยตนเอง เนื่องจากกระบวนการ epitaxy ดำเนินการที่อุณหภูมิสูง อะตอมของสารเจือปนจึงอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในวัสดุได้

ความหนาแน่นและอัตราของอีปิเทกเซียล

ความหนาแน่นของการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวคือจำนวนอะตอมต่อหน่วยปริมาตรของวัสดุในชั้นการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว ปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความดัน และชนิดของซับสเตรตเซมิคอนดักเตอร์ส่งผลต่อการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว โดยทั่วไปความหนาแน่นของชั้น epitaxis จะแตกต่างกันไปตามปัจจัยข้างต้น ความเร็วที่ชั้น epitaxis เติบโตขึ้นเรียกว่าอัตรา เยื่อบุผิว

หากเยื่อบุผิวเติบโตในตำแหน่งและทิศทางที่เหมาะสม อัตราการเติบโตจะสูงและในทางกลับกัน เช่นเดียวกับความหนาแน่นของชั้นเยื่อบุผิว อัตราของเยื่อบุผิวยังขึ้นอยู่กับปัจจัยทางกายภาพ เช่น อุณหภูมิ ความดัน และประเภทของวัสดุซับสเตรต

อัตรา epitaxis จะเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิสูงและความดันต่ำ อัตราเอพิแทกซียังขึ้นอยู่กับการวางแนวโครงสร้างของซับสเตรต ความเข้มข้นของสารตั้งต้น และเทคนิคการเติบโตที่ใช้

วิธีกระบวนการ Epitaxy

มีวิธีการ epitaxy หลายวิธี:เยื่อบุผิว เฟสของเหลว (LPE), เอพิแทกซีเฟสไอไฮบริด, เอพิแทกซีเฟสของแข็งการสะสมของชั้นอะตอม, การสะสมไอสารเคมี, เยื่อบุผิว ลำแสงโมเลกุลฯลฯ ลองเปรียบเทียบกระบวนการ epitaxy สองกระบวนการ: CVD และ MBE

การสะสมไอสารเคมี (CVD) เยื่อบุผิวลำแสงโมเลกุล (MBE)

กระบวนการทางเคมี กระบวนการทางกายภาพ

เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นเมื่อสารตั้งต้นของก๊าซพบกับสารตั้งต้นที่ให้ความร้อนในห้องเจริญเติบโตหรือเครื่องปฏิกรณ์ วัสดุที่จะฝากจะถูกให้ความร้อนภายใต้สภาวะสุญญากาศ

ควบคุมกระบวนการเจริญเติบโตของฟิล์มได้อย่างแม่นยำ ควบคุมความหนาและองค์ประกอบของชั้นฟิล์มที่ปลูกได้อย่างแม่นยำ

สำหรับการใช้งานที่ต้องการชั้นเยื่อบุผิวคุณภาพสูง สำหรับการใช้งานที่ต้องการชั้นเยื่อบุผิวที่ละเอียดมาก

วิธีที่นิยมใช้กันมากที่สุด วิธีที่มีราคาแพงกว่า

กระบวนการทางเคมี กระบวนการทางกายภาพ

เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นเมื่อสารตั้งต้นของก๊าซพบกับสารตั้งต้นที่ให้ความร้อนในห้องเจริญเติบโตหรือเครื่องปฏิกรณ์ วัสดุที่จะฝากจะถูกให้ความร้อนภายใต้สภาวะสุญญากาศ

ควบคุมกระบวนการเจริญเติบโตของฟิล์มบางได้อย่างแม่นยำ ควบคุมความหนาและองค์ประกอบของชั้นที่ปลูกได้อย่างแม่นยำ

ใช้ในงานที่ต้องการชั้นเยื่อบุผิวคุณภาพสูง ใช้ในงานที่ต้องการชั้นเยื่อบุผิวที่ละเอียดมาก

วิธีที่นิยมใช้กันมากที่สุด วิธีที่มีราคาแพงกว่า

กระบวนการ epitaxy มีความสำคัญอย่างยิ่งในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ มันเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของ

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และวงจรรวม เป็นหนึ่งในกระบวนการหลักในการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ส่งผลต่อคุณภาพ คุณลักษณะ และประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของอุปกรณ์