Τεχνολογία προετοιμασίας επιταξίας πυριτίου (SI)

Επιταξία πυριτίου (SI)τεχνολογία προετοιμασίας

Τι είναι η επιταξιακή ανάπτυξη;

·Τα μονοκρυσταλλικά υλικά από μόνα τους δεν μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες της αυξανόμενης παραγωγής διαφόρων συσκευών ημιαγωγών. Στα τέλη του 1959, ένα λεπτό στρώμα απόμονό κρύσταλλοςΤεχνολογία ανάπτυξης υλικών - Η επιταξιακή ανάπτυξη αναπτύχθηκε.

Η επιταξιακή ανάπτυξη είναι η ανάπτυξη ενός στρώματος υλικού που πληροί τις απαιτήσεις σε ένα μόνο κρυσταλλικό υπόστρωμα που έχει υποστεί προσεκτική επεξεργασία με κοπή, λείανση και στίλβωση υπό ορισμένες συνθήκες. Εφόσον το αναπτυσσόμενο στρώμα προϊόντος είναι μια προέκταση του πλέγματος υποστρώματος, το στρώμα αναπτυσσόμενου υλικού ονομάζεται επιταξιακό στρώμα.

Ταξινόμηση με βάση τις ιδιότητες του επιταξιακού στρώματος

·Ομοιογενής επιταξία: Τοεπιταξιακό στρώμαείναι το ίδιο με το υλικό του υποστρώματος, το οποίο διατηρεί τη συνοχή του υλικού και βοηθά στην επίτευξη δομής προϊόντων υψηλής ποιότητας και ηλεκτρικών ιδιοτήτων.

·Heterogeneous epitaxy: Τοεπιταξιακό στρώμαείναι διαφορετικό από το υλικό του υποστρώματος. Επιλέγοντας ένα κατάλληλο υπόστρωμα, οι συνθήκες ανάπτυξης μπορούν να βελτιστοποιηθούν και η περιοχή εφαρμογής του υλικού μπορεί να επεκταθεί, αλλά πρέπει να ξεπεραστούν οι προκλήσεις που προκαλούνται από αναντιστοιχία πλέγματος και θερμικής επέκτασης.

Ταξινόμηση ανά θέση συσκευής

Θετική επιταξία: αναφέρεται στον σχηματισμό επιταξιακού στρώματος στο υλικό του υποστρώματος κατά την ανάπτυξη κρυστάλλων και η συσκευή κατασκευάζεται πάνω στο επιταξιακό στρώμα.

Αντίστροφη επιταξία: Σε αντίθεση με τη θετική επιταξία, η συσκευή κατασκευάζεται απευθείας στο υπόστρωμα, ενώ το επιταξιακό στρώμα σχηματίζεται στη δομή της συσκευής.

Διαφορές εφαρμογής: Η εφαρμογή και των δύο στην κατασκευή ημιαγωγών εξαρτάται από τις απαιτούμενες ιδιότητες υλικού και τις απαιτήσεις σχεδιασμού της συσκευής και το καθένα είναι κατάλληλο για διαφορετικές ροές διεργασιών και τεχνικές απαιτήσεις.

Ταξινόμηση με επιταξιακή μέθοδο ανάπτυξης

· Η άμεση επιταξία είναι μια μέθοδος χρήσης θέρμανσης, βομβαρδισμού ηλεκτρονίων ή εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου για να κάνει τα άτομα του αναπτυσσόμενου υλικού να λάβουν αρκετή ενέργεια και να μεταναστεύσουν και να εναποθέσουν απευθείας στην επιφάνεια του υποστρώματος για να ολοκληρώσουν την επιταξιακή ανάπτυξη, όπως εναπόθεση υπό κενό, εκτόξευση, εξάχνωση κ.λπ. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος έχει αυστηρές απαιτήσεις για τον εξοπλισμό. Η ειδική αντίσταση και το πάχος της μεμβράνης έχουν κακή επαναληψιμότητα, επομένως δεν έχει χρησιμοποιηθεί στην επιταξιακή παραγωγή πυριτίου.

· Έμμεση επιταξία είναι η χρήση χημικών αντιδράσεων για την εναπόθεση και την ανάπτυξη επιταξιακών στρωμάτων στην επιφάνεια του υποστρώματος, η οποία ονομάζεται ευρέως χημική εναπόθεση ατμών (CVD). Ωστόσο, η λεπτή μεμβράνη που αναπτύσσεται με CVD δεν είναι απαραίτητα ένα μόνο προϊόν. Επομένως, αυστηρά μιλώντας, μόνο η καρδιαγγειακή νόσος που αναπτύσσεται σε ένα μόνο φιλμ είναι επιταξιακή ανάπτυξη. Αυτή η μέθοδος έχει απλό εξοπλισμό και οι διάφορες παράμετροι του επιταξιακού στρώματος είναι πιο εύκολο να ελεγχθούν και έχουν καλή επαναληψιμότητα. Επί του παρόντος, η επιταξιακή ανάπτυξη πυριτίου χρησιμοποιεί κυρίως αυτή τη μέθοδο.

Άλλες κατηγορίες

·Σύμφωνα με τη μέθοδο μεταφοράς ατόμων επιταξιακών υλικών στο υπόστρωμα, μπορεί να χωριστεί σε επιταξία κενού, επιταξία αέριας φάσης, επιταξία υγρής φάσης (LPE) κ.λπ.

· Σύμφωνα με τη διαδικασία αλλαγής φάσης, η επιταξία μπορεί να χωριστεί σεεπιταξία φάσης αερίου, υγρής φάσης επιταξία,επιταξία στερεάς φάσης.

Προβλήματα που επιλύονται με επιταξιακή διαδικασία

· Όταν ξεκίνησε η τεχνολογία επιταξιακής ανάπτυξης πυριτίου, ήταν η εποχή που αντιμετώπισαν δυσκολίες υψηλής συχνότητας και τρανζίστορ υψηλής ισχύος. Από την άποψη της αρχής του τρανζίστορ, για να επιτευχθεί υψηλή συχνότητα και υψηλή ισχύς, η τάση διάσπασης του συλλέκτη πρέπει να είναι υψηλή και η αντίσταση της σειράς πρέπει να είναι μικρή, δηλαδή η πτώση τάσης κορεσμού πρέπει να είναι μικρή. Το πρώτο απαιτεί την αντίσταση του υλικού του συλλέκτη να είναι υψηλή, ενώ η τελευταία απαιτεί την αντίσταση του υλικού του συλλέκτη να είναι χαμηλή και οι δύο είναι αντιφατικές. Εάν η αντίσταση της σειράς μειωθεί με την αραίωση του πάχους του υλικού της επιφάνειας του συλλέκτη, το δισκίο του πυριτίου θα είναι πολύ λεπτό και εύθραυστο για επεξεργασία. Εάν μειωθεί η αντίσταση του υλικού, θα έρχεται σε αντίθεση με την πρώτη απαίτηση. Η επιταξιακή τεχνολογία έχει λύσει επιτυχώς αυτή τη δυσκολία.

Διάλυμα:

· Αναπτύξτε ένα επιταξιακό στρώμα υψηλής ανθεκτικότητας σε ένα υπόστρωμα με εξαιρετικά χαμηλή αντίσταση και παρασκευάστε τη συσκευή στο επιταξιακό στρώμα. Το επιταξιακό στρώμα υψηλής αντιστροφής εξασφαλίζει ότι ο σωλήνας έχει υψηλή τάση διάσπασης, ενώ το υπόστρωμα χαμηλής ανθεκτικότητας μειώνει την αντίσταση του υποστρώματος και την πτώση τάσης κορεσμού, επίλυση της αντίφασης μεταξύ των δύο.

Επιπλέον, οι επιταξιακές τεχνολογίες όπως η επιταξία ατμού φάσης, η επιταξία υγρής φάσης, η επιταξία μοριακής δέσμης και η επιταξία φάσης ατμού οργανικής μετάλλου της οικογένειας 1-V, της οικογένειας 1-V και άλλα σύνθετα υλικά ημιαγωγών όπως τα GaAs έχουν επίσης αναπτυχθεί σε μεγάλο βαθμό. και έχουν γίνει απαραίτητες τεχνολογίες διεργασιών για την κατασκευή των περισσότερων μικροκυμάτων καιοπτοηλεκτρονικές συσκευές.

Ειδικότερα, η επιτυχής εφαρμογή της μοριακής δέσμης καιμεταλλικός οργανικός ατμόςΗ επιταξία φάσης σε εξαιρετικά λεπτές στρώσεις, superlattices, κβαντικά πηγάδια, τεταμένα superlattices και ατομική επιταξία λεπτού στρώματος έχει θέσει τα θεμέλια για την ανάπτυξη ενός νέου πεδίου έρευνας ημιαγωγών, "Μηχανική μπάντας".

Χαρακτηριστικά της επιταξιακής ανάπτυξης

(1) Τα επιταξιακά στρώματα υψηλής (χαμηλής) αντίστασης μπορούν να καλλιεργηθούν επιταξικά σε υποστρώματα χαμηλής (υψηλής) αντίστασης.

(2) Οι επιταξιακές στιβάδες N(P) μπορούν να αναπτυχθούν σε υποστρώματα P(N) για να σχηματίσουν απευθείας συνδέσεις PN. Δεν υπάρχει πρόβλημα αντιστάθμισης όταν πραγματοποιούνται συνδέσεις PN σε μεμονωμένα υποστρώματα με διάχυση.

(3) Σε συνδυασμό με την τεχνολογία μάσκας, η επιλεκτική επιταξιακή ανάπτυξη μπορεί να πραγματοποιηθεί σε καθορισμένες περιοχές, δημιουργώντας συνθήκες για την παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και συσκευών με ειδικές δομές.

(4) Ο τύπος και η συγκέντρωση του ντόπινγκ μπορεί να αλλάξει όπως απαιτείται κατά τη διάρκεια της επιταξιακής ανάπτυξης. Η αλλαγή συγκέντρωσης μπορεί να είναι απότομη ή σταδιακή.

(5) Μπορούν να αναπτυχθούν εξαιρετικά λεπτά στρώματα ετερογενών, πολλαπλών στρωμάτων, ενώσεων πολλαπλών συστατικών με μεταβλητά συστατικά.

(6) Η επιταξιακή ανάπτυξη μπορεί να πραγματοποιηθεί σε θερμοκρασία κάτω από το σημείο τήξης του υλικού. Ο ρυθμός ανάπτυξης είναι ελεγχόμενος και μπορεί να επιτευχθεί επιταξιακή ανάπτυξη πάχους ατομικής κλίμακας.

Απαιτήσεις για επιταξιακή ανάπτυξη

(1) Η επιφάνεια πρέπει να είναι επίπεδη και φωτεινή, χωρίς επιφανειακά ελαττώματα όπως φωτεινά σημεία, κοιλότητες, λεκέδες ομίχλης και γραμμές ολίσθησης

(2) Καλή ακεραιότητα κρυστάλλου, χαμηλή εξάρθρωση και πυκνότητα σφάλματος στοίβαξης. Γιαεπιταξία πυριτίου, η πυκνότητα εξάρθρωσης πρέπει να είναι μικρότερη από 1000/cm2, η πυκνότητα σφάλματος στοίβαξης πρέπει να είναι μικρότερη από 10/cm2 και η επιφάνεια πρέπει να παραμένει φωτεινή μετά από διαβρωμένη με διάλυμα χρωματικού οξέος.

(3) Η συγκέντρωση ακαθαρσίας του φόντου του επιταξιακού στρώματος θα πρέπει να είναι χαμηλή και να απαιτείται λιγότερη αποζημίωση. Η καθαρότητα των πρώτων υλών πρέπει να είναι υψηλή, το σύστημα θα πρέπει να είναι καλά σφραγισμένο, το περιβάλλον να είναι καθαρό και η λειτουργία θα πρέπει να είναι αυστηρή για να αποφευχθεί η ενσωμάτωση ξένων ακαθαρσιών στο επιταξιακό στρώμα.

(4) Για ετερογενή επιταξία, η σύνθεση της επιταξιακής στρώσης και του υποστρώματος θα πρέπει να αλλάξει ξαφνικά (εκτός από την απαίτηση αργής αλλαγής της σύνθεσης) και η αμοιβαία διάχυση της σύνθεσης μεταξύ της επιταξιακής στιβάδας και του υποστρώματος θα πρέπει να ελαχιστοποιηθεί.

(5) Η συγκέντρωση ντόπινγκ πρέπει να ελέγχεται αυστηρά και να κατανεμηθεί ομοιόμορφα έτσι ώστε το επιταξιακό στρώμα να έχει ομοιόμορφη αντίσταση που να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις. Απαιτείται η αντίσταση τουεπιταξιακά γκοφρέτεςπου καλλιεργούνται σε διαφορετικούς φούρνους στον ίδιο φούρνο θα πρέπει να είναι συνεπείς.

(6) Το πάχος του επιταξιακού στρώματος πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις, με καλή ομοιομορφία και επαναληψιμότητα.

(7) Μετά την επιταξιακή ανάπτυξη σε ένα υπόστρωμα με ένα θαμμένο στρώμα, η θαμμένη παραμόρφωση του προτύπου στρώματος είναι πολύ μικρή.

(8) Η διάμετρος της επιταξιακής γκοφρέτας πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερη για να διευκολυνθεί η μαζική παραγωγή συσκευών και να μειωθεί το κόστος.

(9) Η θερμική σταθερότητα τουσύνθετα ημιαγωγικά επιταξιακά στρώματαΚαι η επιταξία ετεροαργασίας είναι καλή.