Silizio (Si) epitaxia prestatzeko teknologia

Silizio (Si) epitaxiaprestatzeko teknologia

Zer da hazkunde epitaxiala?

·Kristal bakarreko materialek bakarrik ezin dituzte hainbat gailu erdieroaleen ekoizpen gero eta handiagoaren beharrak ase. 1959. urtearen amaieran, geruza mehe batkristal bakarrahazkuntza materialaren teknologia - hazkunde epitaxiala garatu zen.

Hazkunde epitaxiala baldintza jakin batzuetan ebakiz, arteztuz eta leuntuz arretaz prozesatu den kristal bakarreko substratu batean baldintzak betetzen dituen material geruza haztea da. Hazitako produktu bakarreko geruza substratu-sarearen luzapena denez, hazitako material-geruzari geruza epitaxial deritzo.

Geruza epitaxialaren propietateen araberako sailkapena

·Epitaxia homogeneoa: Thegeruza epitaxialasubstratuaren materialaren berdina da, materialaren koherentzia mantentzen duena eta kalitate handiko produktuaren egitura eta propietate elektrikoak lortzen laguntzen duena.

·Epitaxia heterogeneoa: Thegeruza epitaxialasubstratuaren materialarekiko desberdina da. Substratu egoki bat hautatuz gero, hazkuntza-baldintzak optimizatu eta materialaren aplikazio-eremua zabaldu daiteke, baina sarearen desadostasunak eta hedapen termikoko diferentziak dakartzan erronkak gainditu behar dira.

Gailuaren posizioaren araberako sailkapena

Epitaxia positiboa: substratuaren materialaren gainean geruza epitaxial bat sortzeari egiten zaio erreferentzia, kristalen hazkuntzan zehar, eta gailua geruza epitaxialean egiten da.

Alderantzizko epitaxia: epitaxia positiboarekin ez bezala, gailua substratuan zuzenean fabrikatzen da, eta geruza epitaxiala gailuaren egituran eratzen da.

Aplikazio desberdintasunak: erdieroaleen fabrikazioan bien aplikazioa beharrezko materialaren propietateen eta gailuen diseinu-baldintzen araberakoa da, eta bakoitza prozesu-fluxu eta baldintza tekniko desberdinetarako egokia da.

Hazkuntza epitaxialaren metodoaren araberako sailkapena

· Epitaxia zuzena berokuntza, elektroi-bonbardaketa edo kanpoko eremu elektrikoa erabiltzeko metodo bat da, hazten ari diren materialaren atomoek energia nahikoa lor dezaten, eta zuzenean migratu eta substratuaren gainazalean metatu eta hazkuntza epitaxiala osatzeko, hala nola hutsean deposizioa, sputteringa, sublimazioa, etab. Hala ere, metodo honek baldintza zorrotzak ditu ekipamenduetan. Filmaren erresistentzia eta lodierak errepikakortasun eskasa dute, beraz, ez da erabili silizio epitaxialaren ekoizpenean.

· Zeharkako epitaxia erreakzio kimikoen erabilera da substratuaren gainazalean geruza epitaxialak metatzeko eta hazteko, hau da, orokorrean, lurrun-deposizio kimikoa (CVD) deitzen dena. Hala ere, CVD-k hazitako film mehea ez da zertan produktu bakarra izan. Beraz, hertsiki hitz eginez, film bakarra hazten duen CVD bakarrik hazkunde epitaxiala da. Metodo honek ekipamendu sinplea du, eta geruza epitaxialaren hainbat parametro kontrolatzeko errazagoak dira eta errepikakortasun ona dute. Gaur egun, silizio epitaxial hazkuntzak metodo hau erabiltzen du batez ere.

Beste kategoria batzuk

·Material epitaxialen atomoak substratura garraiatzeko metodoaren arabera, hutseko epitaxia, gas faseko epitaxia, fase likidoko epitaxia (LPE), etab.

·Fase aldaketa prozesuaren arabera, epitaxia hauetan bana daitekegas faseko epitaxia, fase likidoaren epitaxia, etafase solidoko epitaxia.

Prozesu epitaxialaren bidez ebatzitako arazoak

·Silizio epitaxialeko hazkuntza-teknologia hasi zenean, silizio-maiztasun handiko eta potentzia handiko transistoreak fabrikatzeko zailtasunak zituen garaia zen. Transistore-printzipioaren ikuspegitik, maiztasun handiko eta potentzia handia lortzeko, kolektorearen matxura-tentsioa altua izan behar da eta serieko erresistentzia txikia izan behar da, hau da, saturazio-tentsio jaitsiera txikia izan behar da. Lehenengoak kolektore-eremuko materialaren erresistibitatea altua izatea eskatzen du, bigarrenak, berriz, kolektore-eremuko materialaren erresistentzia baxua izatea, eta biak kontrajarriak dira. Kolektore-eremuko materialaren lodiera mehetuz serieko erresistentzia murrizten bada, silizio-ostia meheegia eta hauskorra izango da prozesatu ahal izateko. Materialaren erresistibitatea murrizten bada, lehenengo eskakizunarekin kontraesanean egongo da. Teknologia epitaxialak arrakastaz konpondu du zailtasun hori.

Irtenbidea:

·Hazi erresistentzia handiko geruza epitaxial bat erresistentzia oso baxua duen substratu batean, eta fabrikatu gailua geruza epitaxialean. Erresistentzia handiko geruza epitaxialak hodiak matxura-tentsio handia duela bermatzen du, eta erresistentzia baxuko substratuak substratuaren erresistentzia eta saturazio-tentsio-jaitsiera murrizten ditu, eta horrela bien arteko kontraesana konpontzen du.

Horrez gain, teknologia epitaxialak, hala nola lurrun faseko epitaxia, fase likidoko epitaxia, izpi molekularra eta 1-V familiako, 1-V familiako konposatu organiko metalikoko lurrun faseko epitaxia eta beste material erdieroale konposatuak, hala nola GaAs bezalakoak, oso garatu dira. eta ezinbesteko prozesu-teknologiak bihurtu dira mikrouhin gehienen fabrikaziorako etagailu optoelektronikoak.

Hain zuzen ere, molekula molekularraren aplikazio arrakastatsua etametalezko lurrun organikoageruza ultrameheetan, supersareetan, putzu kuantikoetan, supersare tenkatuetan eta maila atomikoko geruza meheetan epitaxiak erdieroaleen ikerketaren eremu berri baten garapenaren oinarriak ezarri ditu, "banden ingeniaritza".

Hazkunde epitaxialaren ezaugarriak

(1) Erresistentzia handiko (baxua) geruza epitaxialak epitaxialki hazi daitezke erresistentzia baxuko (altuko) substratuetan.

(2) N(P) geruza epitaxialak P(N) substratuetan hazi daitezke PN junturak zuzenean osatzeko. Ez dago konpentsazio-arazorik substratu bakarrean PN junturak difusio bidez egitean.

(3) Maskararen teknologiarekin konbinatuta, hazkuntza epitaxial selektiboa egin daiteke izendatutako eremuetan, zirkuitu integratuak eta egitura bereziak dituzten gailuak ekoizteko baldintzak sortuz.

(4) Dopin mota eta kontzentrazioa alda daitezke hazkunde epitaxialean behar den moduan. Kontzentrazio aldaketa bat-batekoa edo pixkanaka izan daiteke.

(5) Osagai aldakorreko konposatu heterogeneo, geruza anitzeko eta osagai anitzeko geruza ultrameheak hazi daitezke.

(6) Hazkunde epitaxiala materialaren urtze-puntutik beherako tenperaturan egin daiteke. Hazkunde-tasa kontrolagarria da, eta eskala atomikoko lodieraren hazkunde epitaxiala lor daiteke.

Hazkunde epitaxialaren baldintzak

(1) Gainazala laua eta distiratsua izan behar du, gainazaleko akatsik gabe, hala nola puntu distiratsuak, hobiak, laino orbanak eta irristatze-lerroak.

(2) Kristalen osotasun ona, dislokazio baxua eta pilaketa akatsen dentsitatea. Izan eresilizio epitaxia, dislokazio-dentsitateak 1000/cm2 baino txikiagoa izan behar du, pilaketa-matxuren dentsitatea 10/cm2 baino txikiagoa izan behar du eta gainazala distiratsu mantendu behar da azido kromikoko grabazio-soluzioarekin korrosioa izan ondoren.

(3) Geruza epitaxialaren atzeko ezpurutasun-kontzentrazioa baxua izan behar da eta konpentsazio txikiagoa behar da. Lehengaien purutasuna handia izan behar da, sistema ondo zigilatu behar da, ingurunea garbia izan behar du eta eragiketa zorrotza izan behar da ezpurutasun arrotzak geruza epitaxialean sartzea ekiditeko.

(4) Epitaxia heterogeneorako, geruza epitaxialaren eta substratuaren konposizioa bat-batean aldatu behar da (konposizio motela aldatzeko eskakizuna izan ezik) eta geruza epitaxialaren eta substratuaren arteko konposizioaren elkarrekiko hedapena gutxitu behar da.

(5) Dopin-kontzentrazioa zorrotz kontrolatu eta uniformeki banatu behar da, geruza epitaxialak baldintzak betetzen dituen erresistentzia uniformea ​​izan dezan. Beharrezkoa da erresistibitatea izateaoble epitaxialaklabe berean hazitako labe ezberdinetan koherentea izan behar da.

(6) Geruza epitaxialaren lodierak baldintzak bete behar ditu, uniformetasun eta errepikakortasun onarekin.

(7) Geruza lurperatua duen substratu batean hazkuntza epitaxiala egin ondoren, lurperatutako geruzaren ereduaren distortsioa oso txikia da.

(8) Oblea epitaxialaren diametroak ahalik eta handiena izan behar du gailuen ekoizpen masiboa errazteko eta kostuak murrizteko.

(9)-ren egonkortasun termikoaerdieroale konposatuak geruza epitaxialaketa heterojunkzio epitaxia ona da.