Cos'è il processo di epitassia dei semiconduttori?

È ideale per costruire circuiti integrati o dispositivi a semiconduttore su uno strato di base cristallino perfetto. ILepitassiaIl processo (epi) nella produzione di semiconduttori mira a depositare un sottile strato monocristallino, solitamente da circa 0,5 a 20 micron, su un substrato monocristallino. Il processo di epitassia è un passo importante nella produzione di dispositivi a semiconduttore, in particolare nella produzione di wafer di silicio.

Processo epitassia (epi) nella produzione di semiconduttori

Panoramica dell'epitassia nella produzione di semiconduttori
Che cos'è	Il processo epitassia (epi) nella produzione di semiconduttori consente la crescita di un sottile strato cristallino in un determinato orientamento sopra un substrato cristallino.
Obiettivo	Nella produzione di semiconduttori, l'obiettivo del processo epitassia è quello di rendere più efficiente il trasporto degli elettroni attraverso il dispositivo. Nella costruzione dei dispositivi a semiconduttore vengono inclusi strati epitassiaci per affinare e uniformare la struttura.
Processo	Il processo epitassiale consente la crescita di strati epitassiali di purezza più elevata su un substrato dello stesso materiale. In alcuni materiali semiconduttori, come i transistor bipolari a eterogiunzione (HBT) o i transistor a effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo (MOSFET), il processo di epitassia viene utilizzato per far crescere uno strato di materiale diverso dal substrato. È il processo epitassia che rende possibile la crescita di uno strato drogato a bassa densità su uno strato di materiale altamente drogato.

Panoramica dell'epitassia nella produzione di semiconduttori

Cos'è Il processo epitassia (epi) nella produzione di semiconduttori consente la crescita di un sottile strato cristallino in un dato orientamento sopra un substrato cristallino.

Obiettivo Nella produzione di semiconduttori, l'obiettivo del processo epitassia è quello di rendere più efficiente il trasporto degli elettroni attraverso il dispositivo. Nella costruzione dei dispositivi a semiconduttore vengono inclusi strati epitassiaci per affinare e uniformare la struttura.

Elabora ilepitassiaIl processo consente la crescita di strati epitassiali di purezza più elevata su un substrato dello stesso materiale. In alcuni materiali semiconduttori, come i transistor bipolari a eterogiunzione (HBT) o i transistor a effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo (MOSFET), il processo di epitassia viene utilizzato per far crescere uno strato di materiale diverso dal substrato. È il processo epitassia che rende possibile la crescita di uno strato drogato a bassa densità su uno strato di materiale altamente drogato.

Panoramica del processo epitassia nella produzione di semiconduttori

Che cos'è Il processo epitassia (epi) nella produzione di semiconduttori consente la crescita di un sottile strato cristallino in un dato orientamento sopra un substrato cristallino.

Obiettivo nella produzione di semiconduttori, l'obiettivo del processo di epitassia è rendere gli elettroni trasportati attraverso il dispositivo in modo più efficiente. Nella costruzione dei dispositivi a semiconduttore vengono inclusi strati epitassiaci per affinare e uniformare la struttura.

Il processo epitassiale consente la crescita di strati epitassiali di purezza più elevata su un substrato dello stesso materiale. In alcuni materiali semiconduttori, come i transistor bipolari a eterogiunzione (HBT) o i transistor a effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo (MOSFET), il processo di epitassia viene utilizzato per far crescere uno strato di materiale diverso dal substrato. È il processo epitassia che rende possibile la crescita di uno strato drogato a bassa densità su uno strato di materiale altamente drogato.

Tipi di processi epitassiali nella produzione di semiconduttori

Nel processo epitassiale, la direzione di crescita è determinata dal cristallo del substrato sottostante. A seconda della ripetizione della deposizione possono essere presenti uno o più strati epitassiali. I processi epitassiali possono essere utilizzati per formare sottili strati di materiale che sono uguali o diversi nella composizione chimica e nella struttura dal substrato sottostante.

Due tipi di processi Epi
Caratteristiche	Omeepitassia	Eteroepitassia
Strati di crescita	Lo strato di crescita epitassiale è dello stesso materiale dello strato di substrato	Lo strato di crescita epitassiale è un materiale diverso dallo strato di substrato
Struttura cristallina e reticolo	La struttura cristallina e la costante reticolare del substrato e dello strato epitassiale sono le stesse	La struttura cristallina e la costante reticolare del substrato e dello strato epitassiale sono diverse
Esempi	Crescita epitassiale di silicio di elevata purezza su substrato di silicio	Crescita epitassiale dell'arseniuro di gallio su substrato di silicio
Applicazioni	Strutture di dispositivi a semiconduttore che richiedono strati con diversi livelli di drogaggio o film puri su substrati meno puri	Strutture di dispositivi a semiconduttore che richiedono strati di materiali diversi o che costruiscono pellicole cristalline di materiali che non possono essere ottenuti come cristalli singoli

Due tipi di processi Epi

CaratteristicheOmepitassia Eteroepitassia

Strati di crescita Lo strato di crescita epitassiale è dello stesso materiale dello strato di substrato Lo strato di crescita epitassiale è di un materiale diverso dallo strato di substrato

Struttura cristallina e reticolo La struttura cristallina e la costante reticolare del substrato e dello strato epitassiale sono le stesse La struttura cristallina e la costante reticolare del substrato e dello strato epitassiale sono diverse

Esempi Crescita epitassiale di silicio ad elevata purezza su substrato di silicio Crescita epitassiale di arseniuro di gallio su substrato di silicio

Applicazioni Strutture di dispositivi a semiconduttore che richiedono strati di diversi livelli di drogaggio o film puri su substrati meno puri Strutture di dispositivi a semiconduttore che richiedono strati di materiali diversi o costruzione di film cristallini di materiali che non possono essere ottenuti come cristalli singoli

Due tipi di processi Epi

Caratteristiche Omepitassia Eteroepitassia

Strato di crescita Lo strato di crescita epitassiale è dello stesso materiale dello strato di substrato Lo strato di crescita epitassiale è di un materiale diverso dallo strato di substrato

Struttura cristallina e reticolo La struttura cristallina e la costante reticolare del substrato e dello strato epitassiale sono le stesse La struttura cristallina e la costante reticolare del substrato e dello strato epitassiale sono diverse

Esempi Crescita epitassiale di silicio ad elevata purezza su substrato di silicio Crescita epitassiale di arseniuro di gallio su substrato di silicio

Applicazioni Strutture di dispositivi a semiconduttore che richiedono strati di diversi livelli di drogaggio o film puri su substrati meno puri Strutture di dispositivi a semiconduttore che richiedono strati di materiali diversi o costruiscono film cristallini di materiali che non possono essere ottenuti come cristalli singoli

Fattori che influenzano i processi epitassiali nella produzione di semiconduttori

 

Fattori	Descrizione
Temperatura	Influisce sul tasso di epitassia e sulla densità dello strato epitassiale. La temperatura richiesta per il processo di epitassia è superiore alla temperatura ambiente e il valore dipende dal tipo di epitassia.
Pressione	Influisce sul tasso di epitassia e sulla densità dello strato epitassiale.
Difetti	Difetti nell'epitassia portano a wafer difettosi. Le condizioni fisiche richieste per il processo epitassiale devono essere mantenute per una crescita dello strato epitassiale priva di difetti.
Posizione desiderata	Il processo di epitassia dovrebbe svilupparsi nella posizione corretta del cristallo. Le aree in cui non si desidera la crescita durante il processo devono essere adeguatamente rivestite per prevenirne la crescita.
Autodoping	Poiché il processo di epitassia viene eseguito ad alte temperature, gli atomi droganti possono essere in grado di apportare cambiamenti nel materiale.

Descrizione dei fattori

Temperatura Influisce sulla velocità dell'epitassia e sulla densità dello strato epitassiale. La temperatura richiesta per il processo di epitassia è superiore alla temperatura ambiente e il valore dipende dal tipo di epitassia.

Pressione Influisce sulla velocità dell'epitassia e sulla densità dello strato epitassiale.

Difetti I difetti nell'epitassia portano a wafer difettosi. Le condizioni fisiche richieste per il processo epitassia dovrebbero essere mantenute per una crescita dello strato epitassiale priva di difetti.

Posizione desiderata Il processo di epitassia dovrebbe svilupparsi sulla posizione corretta del cristallo. Le aree in cui non si desidera la crescita durante il processo devono essere adeguatamente rivestite per prevenirne la crescita.

Autodrogaggio Poiché il processo di epitassia viene eseguito ad alte temperature, gli atomi droganti possono essere in grado di provocare cambiamenti nel materiale.

Descrizione del fattore

Temperatura Influisce sul tasso di epitassia e sulla densità dello strato epitassiale. La temperatura richiesta per il processo epitassiale è superiore alla temperatura ambiente e il valore dipende dal tipo di epitassia.

La pressione influenza il tasso di epitassia e la densità dello strato epitassiale.

Difetti I difetti nell'epitassia portano a wafer difettosi. Le condizioni fisiche richieste per il processo epitassia devono essere mantenute per una crescita dello strato epitassiale priva di difetti.

Posizione desiderata Il processo epitassia dovrebbe svilupparsi nella giusta posizione del cristallo. Le aree in cui la crescita non è desiderata durante questo processo devono essere adeguatamente rivestite per prevenirne la crescita.

Autodrogaggio Poiché il processo di epitassia viene eseguito ad alte temperature, gli atomi droganti possono essere in grado di provocare cambiamenti nel materiale.

Densità e velocità epitassiale

La densità di crescita epitassiale è il numero di atomi per unità di volume di materiale nello strato di crescita epitassiale. Fattori quali temperatura, pressione e tipo di substrato semiconduttore influenzano la crescita epitassiale. Generalmente, la densità dello strato epitassiale varia con i fattori sopra indicati. La velocità con cui cresce lo strato epitassiale è chiamata tasso di epitassia.

Se l'epitassia viene coltivata nella posizione e nell'orientamento corretti, il tasso di crescita sarà elevato e viceversa. Analogamente alla densità dello strato epitassiale, il tasso di epitassia dipende anche da fattori fisici quali temperatura, pressione e tipo di materiale del substrato.

La velocità epitassiale aumenta ad alte temperature e basse pressioni. Il tasso di epitassia dipende anche dall'orientamento della struttura del substrato, dalla concentrazione dei reagenti e dalla tecnica di crescita utilizzata.

Metodi di processo epitassia

Esistono diversi metodi di epitassia:epitassia in fase liquida (LPE), epitassia ibrida in fase vapore, epitassia in fase solida,deposizione di strati atomici, deposizione di vapori chimici, epitassia da fascio molecolare, ecc. Confrontiamo due processi epitassia: CVD e MBE.

Deposizione chimica in fase vapore (CVD) Epitassia a fascio molecolare (MBE)

Processo chimico Processo fisico

Coinvolge una reazione chimica che si verifica quando un precursore di gas incontra un substrato riscaldato in una camera di crescita o in un reattore. Il materiale da depositare viene riscaldato in condizioni di vuoto

Controllo preciso del processo di crescita del film Controllo preciso dello spessore e della composizione dello strato cresciuto

Per applicazioni che richiedono strati epitassiali di alta qualità. Per applicazioni che richiedono strati epitassiali estremamente fini

Metodo più comunemente utilizzato Metodo più costoso

Deposizione chimica da fase vapore (CVD)	Epitassia a fascio molecolare (MBE)
Processo chimico	Processo fisico
Coinvolge una reazione chimica che si verifica quando un precursore di gas incontra un substrato riscaldato in una camera di crescita o in un reattore	Il materiale da depositare viene riscaldato in condizioni di vuoto
Controllo preciso del processo di crescita del film sottile	Controllo preciso dello spessore e della composizione dello strato cresciuto
Utilizzato in applicazioni che richiedono strati epitassiali di alta qualità	Utilizzato in applicazioni che richiedono strati epitassiali estremamente fini
Metodo più comunemente utilizzato	Metodo più costoso

Deposizione chimica in fase vapore (CVD) Epitassia a fascio molecolare (MBE)

Processo chimico Processo fisico

Coinvolge una reazione chimica che si verifica quando un precursore di gas incontra un substrato riscaldato in una camera di crescita o in un reattore. Il materiale da depositare viene riscaldato in condizioni di vuoto

Controllo preciso del processo di crescita del film sottile Controllo preciso dello spessore e della composizione dello strato cresciuto

Utilizzato in applicazioni che richiedono strati epitassiali di alta qualità Utilizzato in applicazioni che richiedono strati epitassiali estremamente fini

Metodo più comunemente utilizzato Metodo più costoso

Il processo epitassia è fondamentale nella produzione di semiconduttori; ottimizza le prestazioni di

dispositivi a semiconduttore e circuiti integrati. È uno dei processi principali nella produzione di dispositivi a semiconduttore che influisce sulla qualità, sulle caratteristiche e sulle prestazioni elettriche del dispositivo.