Tecnologia di preparazione dell'epitassia del silicio (Si).

Epitassia del silicio (Si).tecnologia di preparazione

Cos'è la crescita epitassiale?

·I materiali monocristallini da soli non possono soddisfare le esigenze della crescente produzione di vari dispositivi a semiconduttore. Alla fine del 1959, un sottile strato dicristallo singolotecnologia di crescita materiale: è stata sviluppata la crescita epitassiale.

La crescita epitassiale consiste nel far crescere uno strato di materiale che soddisfa i requisiti su un substrato a cristallo singolo che è stato accuratamente lavorato mediante taglio, molatura e lucidatura in determinate condizioni. Poiché lo strato di prodotto singolo cresciuto è un'estensione del reticolo del substrato, lo strato di materiale cresciuto è chiamato strato epitassiale.

Classificazione in base alle proprietà dello strato epitassiale

·Epitassia omogenea: ILstrato epitassialeè lo stesso del materiale del substrato, che mantiene la consistenza del materiale e aiuta a ottenere una struttura del prodotto e proprietà elettriche di alta qualità.

·Epitassia eterogenea: ILstrato epitassialeè diverso dal materiale del substrato. Selezionando un substrato adatto, è possibile ottimizzare le condizioni di crescita e ampliare il campo di applicazione del materiale, ma è necessario superare le sfide poste dal disadattamento del reticolo e dalle differenze di dilatazione termica.

Classificazione per posizione del dispositivo

Epitassia positiva: si riferisce alla formazione di uno strato epitassiale sul materiale del substrato durante la crescita dei cristalli e il dispositivo è realizzato sullo strato epitassiale.

Epitassia inversa: a differenza dell'epitassia positiva, il dispositivo viene realizzato direttamente sul substrato, mentre lo strato epitassiale viene formato sulla struttura del dispositivo.

Differenze applicative: l'applicazione dei due nella produzione di semiconduttori dipende dalle proprietà dei materiali richiesti e dai requisiti di progettazione del dispositivo e ciascuno è adatto a flussi di processo e requisiti tecnici diversi.

Classificazione mediante metodo di crescita epitassiale

· L'epitassia diretta è un metodo che utilizza il riscaldamento, il bombardamento elettronico o il campo elettrico esterno per fare in modo che gli atomi del materiale in crescita ottengano energia sufficiente e migrino e si depositino direttamente sulla superficie del substrato per completare la crescita epitassiale, come deposizione sotto vuoto, sputtering, sublimazione, ecc. Tuttavia, questo metodo prevede requisiti rigorosi per le apparecchiature. La resistività e lo spessore del film hanno scarsa ripetibilità, quindi non è stato utilizzato nella produzione epitassiale del silicio.

· L'epitassia indiretta è l'uso di reazioni chimiche per depositare e far crescere strati epitassiali sulla superficie del substrato, operazione generalmente chiamata deposizione chimica da fase vapore (CVD). Tuttavia, il film sottile cresciuto mediante CVD non è necessariamente un unico prodotto. Pertanto, in senso stretto, solo la CVD che fa crescere un singolo film è una crescita epitassiale. Questo metodo ha un'attrezzatura semplice e i vari parametri dello strato epitassiale sono più facili da controllare e hanno una buona ripetibilità. Attualmente, la crescita epitassiale del silicio utilizza principalmente questo metodo.

Altre categorie

·Secondo il metodo di trasporto degli atomi dei materiali epitassiali al substrato, può essere suddiviso in epitassia sotto vuoto, epitassia in fase gassosa, epitassia in fase liquida (LPE), ecc.

·Secondo il processo di cambiamento di fase, l'epitassia può essere suddivisa inepitassia in fase gassosa, epitassia in fase liquida, Eepitassia in fase solida.

Problemi risolti mediante processo epitassiale

·Quando è iniziata la tecnologia di crescita epitassiale del silicio, era il momento in cui la produzione di transistor in silicio ad alta frequenza e ad alta potenza incontrava difficoltà. Dal punto di vista del principio dei transistor, per ottenere alta frequenza ed elevata potenza, la tensione di rottura del collettore deve essere elevata e la resistenza in serie deve essere piccola, ovvero la caduta di tensione di saturazione deve essere piccola. Il primo richiede che la resistività del materiale dell'area del collettore sia elevata, mentre il secondo richiede che la resistività del materiale dell'area del collettore sia bassa, e i due sono contraddittori. Se la resistenza in serie viene ridotta assottigliando lo spessore del materiale dell'area del collettore, il wafer di silicio sarà troppo sottile e fragile per essere lavorato. Se la resistività del materiale viene ridotta, ciò contraddirà il primo requisito. La tecnologia epitassiale ha risolto con successo questa difficoltà.

Soluzione:

·Coltivare uno strato epitassiale ad alta resistività su un substrato con resistività estremamente bassa e produrre il dispositivo sullo strato epitassiale. Lo strato epitassiale ad alta resistività garantisce che il tubo abbia un'elevata tensione di rottura, mentre il substrato a bassa resistività riduce la resistenza del substrato e la caduta di tensione di saturazione, risolvendo così la contraddizione tra i due.

Inoltre, sono state ampiamente sviluppate tecnologie epitassiali come l'epitassia in fase vapore, l'epitassia in fase liquida, l'epitassia a fascio molecolare e l'epitassia in fase vapore di composti organici metallici della famiglia 1-V, della famiglia 1-V e altri materiali semiconduttori composti come GaAs e sono diventate tecnologie di processo indispensabili per la produzione della maggior parte dei forni a microonde edispositivi optoelettronici.

In particolare, l'applicazione riuscita del fascio molecolare evapori organici metalliciL'epitassia di fase in strati ultrasottili, superreticoli, pozzi quantistici, superreticoli deformati e l'epitassia su strato sottile a livello atomico ha gettato le basi per lo sviluppo di un nuovo campo di ricerca sui semiconduttori, "ingegneria delle bande".

Caratteristiche della crescita epitassiale

(1) Gli strati epitassiali ad alta (bassa) resistenza possono essere cresciuti epitassialmente su substrati a bassa (alta) resistenza.

(2) Gli strati epitassiali N(P) possono essere cresciuti su substrati P(N) per formare direttamente giunzioni PN. Non vi è alcun problema di compensazione quando si realizzano giunzioni PN su singoli substrati mediante diffusione.

(3) In combinazione con la tecnologia delle maschere, la crescita epitassiale selettiva può essere effettuata in aree designate, creando le condizioni per la produzione di circuiti integrati e dispositivi con strutture speciali.

(4) Il tipo e la concentrazione del drogaggio possono essere modificati secondo necessità durante la crescita epitassiale. Il cambiamento di concentrazione può essere brusco o graduale.

(5) È possibile coltivare strati ultrasottili di composti eterogenei, multistrato e multicomponente con componenti variabili.

(6) La crescita epitassiale può essere effettuata a una temperatura inferiore al punto di fusione del materiale. Il tasso di crescita è controllabile ed è possibile ottenere una crescita epitassiale di spessore su scala atomica.

Requisiti per la crescita epitassiale

(1) La superficie deve essere piana e lucida, senza difetti superficiali come punti luminosi, cavità, macchie di nebbia e linee di scorrimento

(2) Buona integrità dei cristalli, bassa dislocazione e densità di difetti di impilamento. Perepitassia del silicio, la densità di dislocazione deve essere inferiore a 1000/cm2, la densità di difetti di impilamento deve essere inferiore a 10/cm2 e la superficie deve rimanere brillante dopo essere stata corrosa dalla soluzione di attacco con acido cromico.

(3) La concentrazione di impurità di fondo dello strato epitassiale dovrebbe essere bassa e dovrebbe essere necessaria una minore compensazione. La purezza della materia prima dovrebbe essere elevata, il sistema dovrebbe essere ben sigillato, l'ambiente dovrebbe essere pulito e l'operazione dovrebbe essere rigorosa per evitare l'incorporazione di impurità estranee nello strato epitassiale.

(4) Per l'epitassia eterogenea, la composizione dello strato epitassiale e del substrato dovrebbe cambiare improvvisamente (ad eccezione del requisito di un lento cambiamento della composizione) e la diffusione reciproca della composizione tra lo strato epitassiale e il substrato dovrebbe essere ridotta al minimo.

(5) La concentrazione del drogante deve essere rigorosamente controllata e distribuita uniformemente in modo che lo strato epitassiale abbia una resistività uniforme che soddisfi i requisiti. È necessario che la resistività diwafer epitassialicoltivato in forni diversi nello stesso forno dovrebbe essere coerente.

(6) Lo spessore dello strato epitassiale deve soddisfare i requisiti, con buona uniformità e ripetibilità.

(7) Dopo la crescita epitassiale su un substrato con uno strato sepolto, la distorsione della struttura dello strato sepolto è molto piccola.

(8) Il diametro del wafer epitassiale dovrebbe essere il più grande possibile per facilitare la produzione in serie di dispositivi e ridurre i costi.

(9) La stabilità termica distrati epitassiali composti di semiconduttorie l'epitassia dell'eterogiunzione è buona.