Silikon epitaxy xüsusiyyətləri

Silikon epitaxymüasir yarımkeçirici istehsalda vacib bir əsas prosesdir. Xüsusi kristal quruluşu, qalınlığı, dopinq konsentrasiyası və dəqiq cilalanmış tək kristal silikon substratın üzərində bir kristal silikon incə filmlərin bir və ya daha çox təbəqəsinin böyüməsi prosesinə aiddir. Bu böyüyən film bir epitaxial təbəqə adlanır (epitaxial təbəqə və ya epi təbəqəsi) və epitaxial təbəqə olan bir silikon vafi bir epitaxial silikon vafi adlanır. Onun əsas xüsusiyyətləri budur ki, yeni yetişdirilmiş epitaxial silikon təbəqəsi, kristaloqrafiyada substratdakı lattice quruluşunun davamıdır, mükəmməl tək kristal quruluşu meydana gətirən substrat kimi eyni kristal istiqamətini qoruyur. Bu epitaxial təbəqəyə substratdan fərqli olan elektrik xüsusiyyətləri, beləliklə yüksək performanslı yarımkeçirici cihazların istehsalı üçün əsas təmin edir.

Silikon epitaxy üçün vertial epitaxial susepsiya

Ⅰ. Silikon epitaxy nədir?

1) tərif: Silikon Epitaxy, kimyəvi və ya fiziki metodlarla bir kristal silikon substratda silikon atomlarını yatıran bir texnologiyadir və yeni bir kristal silikon nazik bir film yetişdirmək üçün substratın lattice quruluşuna uyğun olaraq onları təşkil edir.

2) Lattice uyğunluğu: Əsas xüsusiyyət epitaksial böyümənin qaydasıdır. Depozit edilmiş silikon atomları təsadüfi yığılmır, lakin substratın səthindəki atomların, atom səviyyəli dəqiq replikasiyasına nail olmaqla, substratın rəhbərliyinə əsasən qurulmuşdur. Bu, epitaksial təbəqənin policrystalline və ya amorf deyil, yüksək keyfiyyətli vahid bir kristal olduğunu təmin edir.

3) Nəzarət qabiliyyəti: Silikon epitaxy prosesi, böyümə qatının qalınlığını (nanometrlərdən mikrometerlərə qədər), dopinq növü (n tipli və ya p-tip) və dopinq konsentrasiyası. Bu, müxtəlif elektrik xüsusiyyətləri olan bölgələrə, mürəkkəb inteqrasiya edilmiş sxemlər istehsalının açarı olan eyni silikon vaflonunda formalaşacaq.

4) interfeys xüsusiyyətləri: Epitaxial təbəqə və substrat arasında bir interfeys qurulur. İdeal olaraq, bu interfeys atomik olaraq düz və çirklənmədən azaddır. Bununla birlikdə, interfeysin keyfiyyəti epitaxial təbəqənin performansında kritikdir və hər hansı bir qüsur və ya çirklənmə cihazın son fəaliyyətinə təsir göstərə bilər.

Ⅱ. Silikon epitaxy prinsipləri

Silikonun epitaksial böyüməsi əsasən substratın səthinə köçmək və birləşmə üçün ən aşağı enerji lattice mövqeyini tapmaq üçün silikon atomları üçün düzgün enerji və mühitin təmin edilməsindən asılıdır. Hazırda ən çox istifadə olunan texnologiya kimyəvi buxar çöküntüsüdür (CVD).

Kimyəvi buxarlanma (CVD): Bu silikon epitaxy nail olmaq üçün əsas metoddur. Əsas prinsipləri:

● Precursor Nəqliyyat: Silane (SIH4), DichloroSilane (Sih2CL2) və ya TrixlloroLane (SIHCL3) və p-tipli dopinq üçün fosfin ph3 kimi) kimi silikon elementi (prekursor) qazı və yüksək tipli dopinq üçün fosfin ph3 kimi) və yüksək temperaturlu reaksiya otağına keçdi.

● Səthi reaksiya: Yüksək temperaturda (ümumiyyətlə 900 ° C və 1200 ° C arasında), bu qazlar kimyəvi parçalanma və ya qızdırılan silikon substratının səthində kimyəvi parçalanma və ya reaksiya keçirir. Məsələn, SIH4 → si (bərk) + 2h2 (qaz).

● Səth miqrasiyası və nukleation: Çıxarma yolu ilə istehsal olunan silikon atomları substrat səthinə adsorbasiya edilir və səthə köç edirlər, nəticədə birləşmək və yeni bir tək formalaşmaq üçün düzgün lattice saytını tapırlarKristal qat. Epitaxial böyümə silikonunun keyfiyyəti əsasən bu addımın idarəsində asılıdır.

● Laylı böyümə: Yeni depozitli atom təbəqəsi substratın lattice quruluşunu davamlı olaraq təkrarlayır, təbəqə qatırla böyüyür və müəyyən bir qalınlığı olan bir epitaksial silikon qatını təşkil edir.

Açar proses parametrləri: Silikon epitaxy prosesinin keyfiyyəti ciddi şəkildə idarə olunur və əsas parametrlərə aşağıdakılar daxildir:

● Temperatur: Reaksiya sürətinə, səthi hərəkətliliyi və qüsur meydana gəlməsinə təsir göstərir.

● Təzyiq etmək: Qaz nəqliyyatına və reaksiya yoluna təsir göstərir.

● Qaz axını və nisbəti: Böyümə sürətini və dopinq konsentrasiyasını müəyyənləşdirir.

● Substrat səth təmizliyi: Hər hansı bir çirkləndirici qüsurların mənşəyi ola bilər.

● Digər texnologiyalar: CVD əsas axını olsa da, molekulyar şüa epitaxiyası (MBE) kimi texnologiyalar, xüsusən də, son dərəcə yüksək dəqiqlik tələb edən xüsusi tətbiqlərdə silikon epitaxy üçün də istifadə edilə bilər.MBE birbaşa silikon mənbələrini bir ultra yüksək vakuum mühitində buxarlandırır və atom və ya molekulyar şüalar artım üçün substratın üzərinə birbaşa proqnozlaşdırılır.

Ⅲ. Silicon epitaxy texnologiyasının semisonductor istehsalında xüsusi tətbiqetmələr

Silicon Epitaxy Technology, silikon materialların tətbiqi çeşidini çox genişləndirdi və bir çox inkişaf etmiş yarımkeçirici cihazların istehsalının əvəzolunmaz bir hissəsidir.

● CMOS texnologiyası: Yüksək performanslı məntiq çiplərində (məsələn, CPU və GPU kimi), aşağı doped (p- və ya n-) epitaxial silikon təbəqəsi çox vaxt ağır bir doped (p + və ya n +) substratda böyüyür. Bu epitaksial silikon vafli quruluşu, mandalı yuxarı (latch-up) effektiv şəkildə yatırı, cihaz etibarlılığını yaxşılaşdıra bilər və cari keçiriciliyə və istilik dissmasiyasına uyğun olan substratın aşağı müqavimətini qoruya bilər.

● Bipollar tranzistorları (BJT) və bicmos: Bu cihazlarda, silikon epitaxy baza və ya kollektor rayonu kimi strukturları dəqiq bir şəkildə qurmaq üçün istifadə olunur və tranzistorun qazancının, sürəti və digər xüsusiyyətləri epitaksial qatın qalınlığını idarə etməklə optimallaşdırılmışdır.

● Şəkil sensoru (MDB): Bəzi görüntü sensoru tətbiqlərində epitaxial silikon gofrets piksellərin elektrik təcridini yaxşılaşdıra, crosstalk-ni azaldır və fotoelektrik dönüşümün səmərəliliyini optimallaşdırır. Epitaxial təbəqə təmiz və daha az qüsurlu aktiv sahəni təmin edir.

● Ətraflı Proses qovşaqları: Cihaz ölçüsü kiçiltildiyi üçün, maddi xüsusiyyətlərə olan tələblər daha yüksək və daha yüksək səviyyəyə çatır. Silison Epitaxy Technology, o cümlədən seçmə epitaxial böyüməsi (SEG), daşıyıcı hərəkətliliyini yaxşılaşdırmaq üçün xüsusi sahələrdə süzülmüş silikon və ya silikon germanium (Sige) epitaxial təbəqələri böyütmək üçün istifadə olunur və bu da tranzistorların sürətini artırır.

Silikon epitaxy üçün üfüqi epitaxial susepsiya

Ⅳ.Silikon epitaxy texnologiyasının problemləri və problemləri

Silikon epitaxy texnologiyası yetkin və geniş istifadə olunsa da, silikon prosesinin epitaksial böyüməsində hələ də bəzi çətinliklər və problemlər var:

● Qüsursuz nəzarət: Epitaksial böyümə zamanı qüsurlar, dislokasiyalar, slip xətləri və s. Kimi müxtəlif büllur qüsurları yaradıla bilər. Bu qüsurlar cihazın elektrik performansına, etibarlılığına və məhsuldarlığına ciddi təsir göstərə bilər. Nəzarət qüsurları son dərəcə təmiz bir mühit, optimallaşdırılmış proses parametrləri və yüksək keyfiyyətli substratlar tələb edir.

● Vahidlik: Epitaxial təbəqə qalınlığının mükəmməl vahidliyinə nail olmaq Böyük ölçülü silikon gofrets (məsələn, 300 mm) davam edən bir problemdir. Qeyri-bərabərliyi eyni vaflənindəki cihaz performansındakı fərqlərə səbəb ola bilər.

● Avtodopinq: Epitaksial böyümə prosesi zamanı substratdakı yüksək konsentrasiya dopları artan epitaksial təbəqəni qaz fazası yayılması və ya bərk əyləndirmə doping konsentrasiyasının, xüsusən epitaxial təbəqə və substrat arasındakı interfeysin yaxınlığında qaldırıcı doping konsentrasiyasına səbəb ola bilər. Bu, silikon epitaxy prosesində həll edilməli olan məsələlərdən biridir.

● Səthi morfologiya: Epitaxial təbəqənin səthi çox düz qalmalıdır və hər hansı bir pürüzlülük və ya səth qüsuru (məsələn, haze) litoqrafiya kimi sonrakı proseslərə təsir edəcəkdir.

● DəyəriAdi cilalanmış silikon gofreti ilə müqayisədə epitaxial silikon gofret istehsalı, daha yüksək xərclərlə nəticələnən əlavə proses addımları və avadanlıqların investisiya qoyuluşu əlavə edir.

● Seçici epitaxy problemləri: Qabaqcıl proseslərdə, seçmə epitaxial böyümə (yalnız xüsusi sahələrdə böyümə), böyümə sürətinin seçmə qabiliyyəti, yanal böyüməyə nəzarət və s.

Ⅴ.Rəy

Əsas xüsusiyyət olan əsas yarımkeçirici material hazırlığı texnologiyası olaraqsilikon epitaxyTək kristal silikon substratlarında xüsusi elektrik və fiziki xüsusiyyətləri olan yüksək keyfiyyətli tək kristal epitaksial silikon təbəqələri dəqiq şəkildə böyütmək qabiliyyətidir. Silikon epitaxy prosesində temperatur, təzyiq və hava axını kimi parametrlərin dəqiq nəzarəti sayəsində, Qatıq Qalınlığı və Dopinq Dağıtım, CMOS, Elektrik Cihazları və Sensorlar kimi müxtəlif yarımkeçirici tətbiqlərin ehtiyaclarını ödəmək üçün düzəldilə bilər.

Silikonun epitaksial böyüməsi, qüsur nəzarəti, vahidlik, özünü dopinq və dəyəri, silikon epitaksiyasının davamlı irəliləməsi və yarımkeçirici cihazların funksional yeniliyinin təşviqi üçün əsas sürücülük qüvvələrindən biridir və epitaxial silikon vafli istehsalında mövqeyi əvəzolunmazdır.