Silikon (Si) epitaksinin hazırlanması texnologiyası

Silikon (si) epitaxyhazırlamaq texnologiyası

Epitaksial böyümə nədir?

· Tək kristal materiallar yalnız müxtəlif yarımkeçirici cihazların artan istehsalının ehtiyaclarını ödəyə bilməzlər. 1959-cu ilin sonunda nazik bir təbəqətək kristalmaddi artım texnologiyası - epitaksial artım hazırlanmışdır.

Epitaksial böyümə, müəyyən şərtlərdə kəsmə, üyüdmə və cilalama ilə diqqətlə işlənmiş bir kristal substratda tələblərə cavab verən bir material qatının yetişdirilməsidir. Yetişmiş tək məhsul təbəqəsi substrat qəfəsinin uzantısı olduğundan, yetişdirilmiş material təbəqəsi epitaksial təbəqə adlanır.

Epitaksial təbəqənin xüsusiyyətlərinə görə təsnifat

·Homogen epitaxy: Theepitaksial təbəqəmaterialın konsistensiyasını saxlayan və yüksək keyfiyyətli məhsul strukturuna və elektrik xüsusiyyətlərinə nail olmağa kömək edən substrat materialı ilə eynidir.

·Heterojen epitaksiya: Theepitaksial təbəqəsubstrat materialından fərqlidir. Uyğun bir substrat seçməklə, böyümə şərtləri optimallaşdırıla bilər və materialın tətbiq sahəsi genişləndirilə bilər, lakin qəfəs uyğunsuzluğu və istilik genişlənməsi fərqlərinin gətirdiyi çətinlikləri aradan qaldırmaq lazımdır.

Cihaz mövqeyinə görə təsnifat

Pozitiv Epitaxy: Kristal böyüməsi zamanı substrat materialında bir epitaksial qatın meydana gəlməsinə və cihaz epitaksial qatda hazırlanmışdır.

Tərs Epitaxy: Müsbət epitaxy-dən fərqli olaraq, cihaz birbaşa substratda istehsal olunur, epitaxial təbəqə cihaz quruluşunda meydana gəlir.

Tətbiq fərqləri: Yarımkeçirici istehsalında ikisinin tətbiqi tələb olunan material xüsusiyyətlərindən və cihazın dizayn tələblərindən asılıdır və hər biri müxtəlif proses axınları və texniki tələblər üçün uyğundur.

Epitaksial böyümə üsulu ilə təsnifat

· Direct Epitaxy, böyüyən materialın kifayət qədər enerji əldə etməsi üçün istilik, elektron bombardman və ya xarici elektrik sahəsindən istifadə etmək üsuludur və vakuum çökmə, sublimasiya və s . Bununla birlikdə, bu metodun avadanlıqlara ciddi tələblər var. Filmin müqaviməti və qalınlığı zəifliyin yoxsulluğu, buna görə silikon epitaxial istehsalında istifadə edilməyib.

· Dolayı epitaksiya, geniş şəkildə kimyəvi buxar çökmə (CVD) adlanan substrat səthində epitaksial təbəqələrin çökməsi və böyüməsi üçün kimyəvi reaksiyaların istifadəsidir. Bununla belə, CVD tərəfindən yetişdirilən nazik film mütləq tək bir məhsul deyil. Buna görə də, ciddi şəkildə desək, tək bir film böyüyən yalnız CVD epitaksial böyümədir. Bu üsul sadə avadanlıqlara malikdir və epitaksial təbəqənin müxtəlif parametrlərinə nəzarət etmək daha asandır və yaxşı təkrarlanma qabiliyyətinə malikdir. Hazırda silisium epitaksial artım əsasən bu üsuldan istifadə edir.

Digər kateqoriyalar

· Epitaxial materialların atomlarının substrata daşınması üsuluna görə, vakuum epitaxy, qaz fazası epitaxy, maye faza epitaxy (LPE) və s. Bölünmək olar.

· Faza dəyişdirmə prosesinə görə, epitaxy bölmək olarqaz fazasının epitaksiyası, maye faza epitaxy, vəbərk faza epitaxy.

Epitaksial proseslə həll olunan problemlər

Silikon epitaksial böyümə texnologiyası başlayanda, silikon yüksək tezlikli və yüksək güclü tranzistor istehsalının çətinliklərlə üzləşdiyi vaxt idi. Tranzistor prinsipi baxımından yüksək tezlik və yüksək güc əldə etmək üçün kollektorun qırılma gərginliyi yüksək olmalıdır və sıra müqaviməti kiçik olmalıdır, yəni doyma gərginliyinin düşməsi kiçik olmalıdır. Birincisi kollektor sahəsi materialının müqavimətinin yüksək olmasını tələb edir, ikincisi isə kollektor sahəsi materialının müqavimətinin aşağı olmasını tələb edir və ikisi bir-birinə ziddir. Kollektor sahəsinin materialının qalınlığının incəlməsi ilə seriya müqaviməti azaldılırsa, silikon vafli emal üçün çox nazik və kövrək olacaqdır. Materialın müqaviməti azalarsa, bu, birinci tələbə zidd olacaq. Epitaksial texnologiya bu çətinliyi uğurla həll etdi.

Həlli:

· Çox aşağı müqavimət göstərən bir substratda yüksək müqavimət epitaksial təbəqə yetişdirin və cihazın epitaksial qatında istehsal edin. Yüksək müqavimət epitaksial təbəqəsi, borunun yüksək parçalanma gərginliyinə malik olduğunu, aşağı müqavimət substratının substratın və doyma gərginliyinin azaldılmasını azaldır, beləliklə iki arasındakı ziddiyyəti həll edir.

Bundan əlavə, buxar fazası epitaxy, maye faz epitaxiyası, molekulyar şüa epitaksiyası və metal üzvi mürəkkəb buxar buxarı 1-v aile, 1-v ailəsi və Gaas kimi digər mürəkkəb yarımkeçirici materiallar da çox inkişaf etmişdir və ən çox mikrodalğanın istehsalı üçün əvəzolunmaz bir proses texnologiyaları vəoptoelektron cihazlar.

Xüsusilə, molekulyar şüanın uğurlu tətbiqi vəmetal üzvi buxarultra nazik təbəqələrdə, super qəfəslərdə, kvant quyularında, gərginləşmiş super qəfəslərdə və atom səviyyəli nazik təbəqə epitaksiyasında faza epitaksiyası yarımkeçiricilərin tədqiqinin yeni sahəsi olan "zolaq mühəndisliyi"nin inkişafı üçün əsas yaratmışdır.

Epitaksial böyümənin xüsusiyyətləri

(1) Yüksək (aşağı) müqavimətli epitaksial təbəqələr aşağı (yüksək) müqavimətli substratlarda epitaksial olaraq yetişdirilə bilər.

(2) n (p) epitaksial təbəqələr p (n) substratlarda birbaşa pn qovşaqları düzəltmək üçün böyüyə bilər. Diffuziya ilə vahid substratlarda PN qovşaqları edərkən kompensasiya problemi yoxdur.

(3) Maska texnologiyası ilə birləşdirilmiş, seçilmiş epitaxial artım, müəyyən edilmiş ərazilərdə, inteqrasiya edilmiş sxemlər və cihazların istehsalı üçün şərait yaratmaq, xüsusi strukturlar ilə birlikdə həyata keçirilə bilər.

(4) Dopinqin növü və konsentrasiyası epitaksial böyümə zamanı lazım olduqda dəyişdirilə bilər. Konsentrasiyanın dəyişməsi ani və ya tədricən ola bilər.

(5) Dəyişən komponentləri olan heterojen, çox qatlı, çox komponentli birləşmələrin ultra nazik təbəqələri artmaq olar.

(6) Epitaksial böyümə materialın ərimə nöqtəsindən aşağı temperaturda həyata keçirilə bilər. Böyümə sürəti idarə edilə bilər və atom miqyaslı qalınlığın epitaksial böyüməsinə nail olmaq olar.

Epitaksial böyümə üçün tələblər

(1) səthi düz və parlaq olmalıdır, parlaq ləkələr, çuxurlar, duman ləkələri və slip xətləri kimi səth qüsurları olmadan

(2) Yaxşı büllur bütövlüyü, aşağı dislokasiya və günah sıxlığı yığmaq. Üçünsilikon epitaksiyası, dislokasiya sıxlığı 1000 / sm2-dən az olmalıdır, yığma nöqsan sıxlığı 10 / sm2-dən az olmalıdır və səth xrom turşusu tire həlli ilə korlandıqdan sonra parlaq qalmalıdır.

(3) Epitaksial təbəqənin fon çirkliliyi konsentrasiyası aşağı olmalıdır və daha az kompensasiya tələb edilməlidir. Xammalın təmizliyi yüksək olmalı, sistem yaxşı möhürlənməlidir, ətraf mühit təmiz olmalıdır və xarici çirklərin epitaksial təbəqəyə daxil olmasının qarşısını almaq üçün əməliyyat ciddi olmalıdır.

(4) Heterojen epitaksiya üçün epitaksial təbəqənin və substratın tərkibi qəfil dəyişməli (tərkibinin yavaş dəyişməsi tələbi istisna olmaqla) və epitaksial təbəqə ilə substrat arasında tərkibin qarşılıqlı yayılması minimuma endirilməlidir.

(5) Dopinq konsentrasiyası ciddi şəkildə idarə olunmalı və bərabər şəkildə paylanmalıdır ki, epitaksial təbəqənin tələblərə cavab verən vahid müqavimət göstərməsidir. Müqavimət göstərməsi tələb olunurepitaxial gofreteyni sobada müxtəlif sobalarda yetişdirilənlər ardıcıl olmalıdır.

(6) Epitaxial təbəqənin qalınlığı, yaxşı birliyi və təkrarlılığı ilə tələblərə cavab verməlidir.

(7) Gömülü təbəqə ilə bir substratda epitaksial böyümədən sonra, basdırılmış təbəqə nümunəsinin təhrifi çox kiçikdir.

(8) Epitaxial gofretin diametri cihazların kütləvi istehsalını asanlaşdırmaq və xərcləri azaltmaq üçün mümkün qədər böyük olmalıdır.

(9) İstilik sabitliyimürəkkəb yarımkeçirici epitaksial təbəqələrvə heterojunction epitaxy yaxşıdır.