Кремний(Si) эпитаксиясын дайындау технологиясы

Силикон (SI) эпитаксиДайындық технологиясы

Эпитаксиальды өсу дегеніміз не?

· Бір кристалды материалдар әртүрлі жартылай өткізгіш құрылғылардың өсіп келе жатқан өндірісінің қажеттіліктерін қанағаттандыра алмайды. 1959 жылдың аяғында жұқа қабатмонокристалматериалды өсіру технологиясы – эпитаксиалды өсу әзірленді.

Эпитаксиалды өсу - белгілі бір жағдайларда кесу, ұнтақтау және жылтырату арқылы мұқият өңделген бір кристалды субстратта талаптарға сәйкес келетін материал қабатын өсіру. Өсетін жалғыз өнім қабаты субстрат торының жалғасы болғандықтан, өсірілген материал қабаты эпитаксиалды қабат деп аталады.

Эпитаксиальды қабаттың қасиеттері бойынша жіктелуі

·Біртекті эпитаксия: TheЭпитаксиальды қабатматериалдың консистенциясын сақтайтын және өнімнің жоғары сапалы құрылымы мен электрлік қасиеттеріне қол жеткізуге көмектесетін субстрат материалымен бірдей.

·Гетерогенді эпитакси: TheЭпитаксиальды қабатсубстрат материалынан өзгеше. Тиісті субстрат таңдау арқылы өсу жағдайларын оңтайландыруға болады, ал материалдың қолданылу ауқымын кеңейтуге болады, бірақ тордың сәйкес келмеуі және термиялық кеңею айырмашылықтары арқылы пайда болуы керек.

Құрылғы позициясы бойынша жіктеу

Позитивті эпитакси: кристалды өсу кезінде субстрат материалында эпитаксиальды қабаттың пайда болуына жатады, ал құрылғы эпитаксиальды қабатта жасалған.

Кері эпитаксия: оң эпитаксиядан айырмашылығы, құрылғы тікелей субстратта жасалады, ал эпитаксиалды қабат құрылғы құрылымында қалыптасады.

Өтінімдердің айырмашылықтары: жартылай өткізгішті өндірісте екі жақтың өтініші қажетті материалдық қасиеттерге және құрылғының дизайнына қойылатын талаптарға байланысты, және олардың әрқайсысы әртүрлі технологиялық ағындар мен техникалық талаптарға сәйкес келеді.

Эпитаксиалды өсу әдісі бойынша жіктелуі

· Өсіп келе жатқан материалдық атомдарды жылыту, электронды бомбалау немесе сыртқы электр өрісін пайдалану әдісі, бұл өсіп келе жатқан материалдық атомдар жеткілікті қуат алу және субстрат бетіне тікелей тасымалданады және вакуумдық өсу, мысалы, вакуумды тұндыру, шашырату, сублимациялау және т.б. . Алайда, бұл әдіс жабдыққа қатаң талаптарға ие. Фильмнің кедергісіне және қалыңдығына қайталануы нашар, сондықтан ол Silicon Epitaxial өндірісінде пайдаланылмаған.

· Жанама эпитаксия – бұл субстрат бетінде эпитаксиалды қабаттарды тұндыру және өсіру үшін химиялық реакцияларды қолдану, оны кең түрде химиялық булардың тұндыру (CVD) деп атайды. Дегенмен, CVD арқылы өсірілген жұқа пленка міндетті түрде бір өнім емес. Сондықтан, қатаң айтқанда, бір қабықшаны өсіретін CVD ғана эпитаксиалды өсу болып табылады. Бұл әдіс қарапайым жабдыққа ие және эпитаксиалды қабаттың әртүрлі параметрлерін басқару оңайырақ және жақсы қайталану мүмкіндігі бар. Қазіргі уақытта кремнийдің эпитаксиалды өсуі негізінен осы әдісті қолданады.

Басқа категориялар

·Эпитаксиалды материалдардың атомдарын субстратқа тасымалдау әдісі бойынша оны вакуумдық эпитаксия, газ фазалық эпитаксис, сұйық фаза эпитаксисі(ЛПЭ) және т.б.

·Фазалық өзгеру процесі бойынша эпитаксияны бөлуге боладыгаз фазасының эпитаксисі, сұйық фаза эпитаксисі, жәнеҚатты фазалық эпитакси.

Эпитаксиалды процесс арқылы шешілетін мәселелер

· Силикон Эпитаксиальды өсу технологиясы басталған кезде, бұл кремнийдің жоғары жиілігі мен жоғары энергетикалық транзисторлық өндірісі қиын болған кезде. Транзистор қағидатының тұрғысынан, жоғары жиілік пен жоғары қуат алу үшін коллекторлардың құрылымы жоғары болуы керек, сериялардың қарсылығы кішкентай болуы керек, яғни қанықтылық кернеуінің төмендеуі кішкентай болуы керек. Бұрынғы коллектордың жоғары болуы керек, ал екіншісі коллектор аймағының материалының қарсылық көрсетуін талап етеді, ал екеуі де қайшы келеді. Егер серияға қарсы тұрақтылық коллектордың қалыңдығын жіңішке мөлшерлеу арқылы азаятын болса, кремний вафлиі тым жұқа және өңделетін болады. Егер материалдың кедергісі азаятын болса, бұл бірінші талапқа қайшы келеді. Эпитаксиальды технология бұл қиындықты сәтті шешті.

Шешімі:

·Өнеркәсіптік қабілеті өте төмен субстратта жоғары кедергісі бар эпитаксиалды қабатты өсіріңіз және құрылғыны эпитаксиалды қабатта жасаңыз. Жоғары кедергісі бар эпитаксиалды қабат түтіктің жоғары бұзылу кернеуіне ие болуын қамтамасыз етеді, ал төмен кедергісі бар субстрат субстраттың кедергісін және қанықтыру кернеуінің төмендеуін азайтады, осылайша екеуінің арасындағы қайшылықты шешеді.

Сонымен қатар, бу фазасының эпитаксисі, сұйық фазаның эпитаксисі, молекулалық сәуленің эпитаксисі және 1-V отбасының, 1-V отбасының металл органикалық қосылыс бу фазасының эпитаксисі және GaAs сияқты басқа да қосылыс жартылай өткізгіш материалдар сияқты эпитаксиялық технологиялар да айтарлықтай дамыған. және микротолқынды пештердің көпшілігін өндіру үшін таптырмайтын технологиялық технологияларға айналдыоптоэлектронды құрылғылар.

Атап айтқанда, молекулярлық сәулені сәтті қолдану жәнеМеталл органикалық буультра жұқа қабаттардағы фазалық эпитаксис, суперторлар, кванттық ұңғымалар, деформацияланған үстіңгі торлар және атомдық деңгейдегі жұқа қабат эпитаксисі жартылай өткізгіштерді зерттеудің жаңа саласы «жолақты инженерия» дамуының негізін қалады.

Эпитаксиалды өсудің сипаттамасы

(1) Жоғары (төмен) төзімді эпитаксиалды қабаттарды төмен (жоғары) төзімді субстраттарда эпитаксиалды түрде өсіруге болады.

(2) n (p) эпитаксиальды қабаттарды PN түйісулерін тікелей pn intions-та өңдеуге болады. Диффузия арқылы бір субстрада Pn қосылыстарын жасау кезінде өтемақы проблемасы жоқ.

(3) Маска технологиясымен біріктірілген таңдамалы эпитаксиалды өсуді арнайы құрылымдары бар интегралды схемалар мен құрылғыларды өндіруге жағдай жасай отырып, белгіленген жерлерде жүзеге асыруға болады.

(4) Эпитаксиальды өсу кезінде допингтің түрі мен концентрациясын өзгертуге болады. Шоғырланудың өзгеруі кенеттен немесе біртіндеп болуы мүмкін.

(5) Айнымалы компоненттері бар гетерогенді, көп қабатты, көп қабатты қосылыстардың ультра жұқа қабаттары өсіруге болады.

(6) Эпитаксиалды өсуді материалдың балқу температурасынан төмен температурада жүргізуге болады. Өсу жылдамдығы басқарылады және атомдық масштабтағы қалыңдықтың эпитаксиалды өсуіне қол жеткізуге болады.

Эпитаксиальды өсуге қойылатын талаптар

(1) беті тегіс және жарқын, жарқын дақтар, шұңқырлар, тұман дақтар және сырғанау сызықтары жоқ болуы керек

(2) Жақсы кристалл тұтастығы, төмен дислокация және қабаттасудың ақауларының тығыздығы. үшінкремний эпитаксисі:

(3) Эпитаксиалды қабаттың фон қоспасының концентрациясы төмен болуы керек және аз компенсация қажет болуы керек. Шикізаттың тазалығы жоғары болуы керек, жүйе жақсы тығыздалуы керек, қоршаған орта таза болуы керек және эпитаксиалды қабатқа бөгде қоспалардың енуін болдырмау үшін жұмыс қатаң болуы керек.

(4) Гетерогенді эпитакси үшін, эпитаксиальды қабаттың құрамы мен субстрат кенеттен өзгеруі керек (баяу құрамның өзгеру талабын қоспағанда) және эпитаксиальды қабат пен субстрат арасындағы композицияның өзара таралуы керек.

(5) Допинг концентрациясы қатаң бақылануы және эпитаксиалды қабат талаптарға сәйкес келетін біркелкі кедергіге ие болуы үшін біркелкі бөлінуі керек. кедергісі болуы талап етіледіэпитаксиалды пластиналарбір пеште әртүрлі пештерде өсірілген дәйекті болуы керек.

(6) Эпитаксиалды қабаттың қалыңдығы жақсы біркелкі және қайталанатын талаптарға сай болуы керек.

(7) жерленген қабаты бар субстратқа эпитаксиалды өскеннен кейін, қабатты қабаттағы бұрмалануы өте аз.

(8) Құрылғылардың жаппай өндірісін жеңілдету және шығындарды азайту үшін эпитаксиалды пластинаның диаметрі мүмкіндігінше үлкен болуы керек.

(9) жылу тұрақтылығықосынды жартылай өткізгіш эпитаксиалды қабаттаржәне гетеройысу эпитаксисі жақсы.