Silizium -Epitaxie -Vorbereitungstechnologie (SI)

Silizium(Si)-EpitaxieAufbereitungstechnik

Was ist epitaxielles Wachstum?

· Einer Kristallmaterialien allein können die Bedürfnisse der zunehmenden Produktion verschiedener Halbleitergeräte nicht erfüllen. Ende 1959 eine dünne Schicht vonEinkristallMaterialwachstumstechnologie – epitaktisches Wachstum wurde entwickelt.

Das epitaxiale Wachstum besteht darin, eine Materialschicht zu wachsen, die die Anforderungen an ein einzelnes Kristallsubstrat entspricht, das unter bestimmten Bedingungen sorgfältig verarbeitet wurde. Da die erwachsene Einzelproduktschicht eine Erweiterung des Substratgitters ist, wird die erwachsene Materialschicht als epitaxiale Schicht bezeichnet.

Klassifizierung durch die Eigenschaften der Epitaxialschicht

·Homogene Epitaxie: DerEpitaxialschichtist das gleiche wie das Substratmaterial, das die Konsistenz des Materials beibehält und dazu beiträgt, eine hochwertige Produktstruktur und elektrische Eigenschaften zu erreichen.

·Heterogene Epitaxie: DerEpitaxialschichtunterscheidet sich vom Substratmaterial. Durch die Auswahl eines geeigneten Substrats können die Wachstumsbedingungen optimiert werden und der Anwendungsbereich des Materials erweitert werden, aber die Herausforderungen, die durch Unterschiede zwischen Gitterfehlanpassung und thermischen Expansionsdifferenzen gebracht werden, müssen überwunden werden.

Klassifizierung nach Geräteposition

Positive Epitaxie: bezieht sich auf die Bildung einer Epitaxieschicht auf dem Substratmaterial während des Kristallwachstums, und das Gerät wird auf der Epitaxieschicht hergestellt.

Umgekehrte Epitaxie: Im Gegensatz zur positiven Epitaxie wird das Bauelement direkt auf dem Substrat hergestellt, während die Epitaxieschicht auf der Bauelementstruktur gebildet wird.

Anwendungsunterschiede: Die Anwendung der beiden in der Halbleiterfertigung hängt von den erforderlichen Materialeigenschaften und Anforderungen an das Gerätedesign ab und ist jeweils für unterschiedliche Prozessabläufe und technische Anforderungen geeignet.

Klassifizierung nach Epitaxialwachstumsmethode

· Bei der direkten Epitaxie handelt es sich um eine Methode, bei der Erhitzen, Elektronenbeschuss oder ein externes elektrisches Feld eingesetzt werden, damit die Atome des wachsenden Materials genügend Energie erhalten und direkt wandern und sich auf der Substratoberfläche ablagern, um das epitaktische Wachstum abzuschließen, z. B. durch Vakuumabscheidung, Sputtern, Sublimation usw Diese Methode stellt jedoch strenge Anforderungen an die Ausrüstung. Der spezifische Widerstand und die Dicke des Films weisen eine schlechte Wiederholbarkeit auf, sodass er nicht in der epitaktischen Siliziumproduktion verwendet wurde.

· Indirekte Epitaxie ist die Nutzung chemischer Reaktionen zur Abscheidung und zum Wachstum epitaktischer Schichten auf der Substratoberfläche, was allgemein als chemische Gasphasenabscheidung (CVD) bezeichnet wird. Der durch CVD erzeugte Dünnfilm ist jedoch nicht unbedingt ein einzelnes Produkt. Streng genommen handelt es sich daher nur bei der CVD, bei der ein einzelner Film aufgewachsen wird, um ein epitaktisches Wachstum. Dieses Verfahren verfügt über eine einfache Ausrüstung und die verschiedenen Parameter der Epitaxieschicht sind einfacher zu kontrollieren und weisen eine gute Wiederholbarkeit auf. Derzeit wird diese Methode hauptsächlich beim epitaktischen Wachstum von Silizium verwendet.

Andere Kategorien

· Gemäß der Methode zum Transport von Atomen von epitaxialen Materialien in das Substrat kann es in Vakuum -Epitaxie, Gasphasenpitaxie, Epitaxie der Flüssigkeitsphase (LPE) usw. unterteilt werden.

·Nach dem Phasenwechselprozess kann die Epitaxie unterteilt werden inGasphase -Epitaxie, Flüssigphasenepitaxie, Undsolide Phasenpitaxie.

Probleme, die durch epitaxialen Prozess gelöst werden

·Als die Silizium-Epitaxie-Wachstumstechnologie begann, stieß die Herstellung von Silizium-Hochfrequenz- und Hochleistungstransistoren auf Schwierigkeiten. Aus Sicht des Transistorprinzips muss die Kollektordurchbruchspannung hoch und der Serienwiderstand klein sein, um eine hohe Frequenz und eine hohe Leistung zu erzielen, d. h. der Sättigungsspannungsabfall muss gering sein. Ersteres erfordert einen hohen spezifischen Widerstand des Kollektorflächenmaterials, während letzteres einen niedrigen spezifischen Widerstand des Kollektorflächenmaterials erfordert, und die beiden sind widersprüchlich. Wenn der Serienwiderstand durch Verringern der Dicke des Kollektorflächenmaterials verringert wird, wird der Siliziumwafer zu dünn und zerbrechlich, um verarbeitet zu werden. Wenn der spezifische Widerstand des Materials verringert wird, widerspricht dies der ersten Anforderung. Die Epitaxie-Technologie hat dieses Problem erfolgreich gelöst.

Lösung:

· Wachsen Sie eine epitaxiale Schicht mit hoher Resistalität auf einem Substrat mit extrem geringer Widerstand und stellen Sie das Gerät auf der epitaxialen Schicht her. Die hohe resistivitätspitaxiale Schicht stellt sicher, dass das Röhrchen eine hohe Breakdown-Spannung aufweist, während das Substrat mit niedriger Resistalität den Widerstand des Substrats und den Sättigungsspannungsabfall verringert und so den Widerspruch zwischen den beiden löst.

Darüber hinaus sind epitaxiale Technologien wie Epitaxie der Dampfphase, die Epitaxie der flüssigen Phase, die Epitaxie der molekularen Strahlbalken und die Metall-organische Verbindungsdampfphase-Phase-Epitaxie von 1-V-Familie, 1-V-Familie und andere zusammengesetzte Halbleitermaterialien wie GaAs stark entwickelt und sind unverzichtbare Prozesstechnologien für die Herstellung der meisten Mikrowellen und gewordenoptoelektronische Geräte.

Insbesondere die erfolgreiche Anwendung von Molekularstrahlen undMetall -Bio -DampfDie Phasenepitaxie in ultradünnen Schichten, Übergittern, Quantentöpfen, verspannten Übergittern und der Dünnschichtepitaxie auf atomarer Ebene hat den Grundstein für die Entwicklung eines neuen Bereichs der Halbleiterforschung gelegt, des „Band Engineering“.

Merkmale des epitaktischen Wachstums

(1) Epitaxieschichten mit hohem (niedrigem) Widerstand können epitaktisch auf Substraten mit niedrigem (hohem) Widerstand gezüchtet werden.

(2) N(P)-Epitaxieschichten können auf P(N)-Substraten aufgewachsen werden, um direkt PN-Übergänge zu bilden. Bei der Herstellung von PN-Übergängen auf einzelnen Substraten durch Diffusion gibt es kein Kompensationsproblem.

(3) In Kombination mit der Maskentechnologie kann das selektive epitaxiale Wachstum in festgelegten Bereichen durchgeführt werden, wodurch Bedingungen für die Herstellung integrierter Schaltungen und Geräte mit speziellen Strukturen geschaffen werden.

(4) Art und Konzentration der Dotierung können während des epitaktischen Wachstums je nach Bedarf geändert werden. Die Konzentrationsänderung kann abrupt oder allmählich erfolgen.

(5) Es können ultradünne Schichten heterogener, mehrschichtiger Mehrkomponentenverbindungen mit variablen Komponenten gezüchtet werden.

(6) epitaxielles Wachstum kann bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Materials durchgeführt werden. Die Wachstumsrate ist kontrollierbar, und das epitaxiale Wachstum der Dicke der Atommessung kann erreicht werden.

Anforderungen für das epitaxiale Wachstum

(1) Die Oberfläche sollte flach und hell sein, ohne Oberflächendefekte wie Lichtflecken, Gruben, Nebelflecken und Schlupfleitungen

(2) Gute Kristallintegrität, geringe Versetzungs- und Stapelfehlerdichte. FürSiliziumepitaxieDie Versetzungsdichte sollte weniger als 1000/cm2 betragen, die Stapelfehlerdichte sollte weniger als 10/cm2 betragen, und die Oberfläche sollte hell bleiben, nachdem durch Chromsäurerlösung korrodiert wurde.

(3) Die Hintergrundverunreinigungskonzentration der Epitaxieschicht sollte niedrig sein und eine geringere Kompensation erforderlich sein. Die Reinheit des Rohmaterials sollte hoch sein, das System sollte gut abgedichtet sein, die Umgebung sollte sauber sein und der Betrieb sollte streng sein, um den Einbau fremder Verunreinigungen in die Epitaxieschicht zu vermeiden.

(4) Für eine heterogene Epitaxie sollte sich die Zusammensetzung der epitaxialen Schicht und des Substrats plötzlich ändern (mit Ausnahme der Anforderung einer langsamen Zusammensetzung) und die gegenseitige Diffusion der Zusammensetzung zwischen der Epitaxialdehnung und dem Substrat minimiert werden.

(5) Die Dopingkonzentration sollte streng kontrolliert und gleichmäßig verteilt werden, so dass die Epitaxiale Schicht einen gleichmäßigen Widerstand aufweist, der den Anforderungen entspricht. Es ist erforderlich, dass der Widerstand vonepitaktische WaferIn verschiedenen Öfen im selben Ofen sollten konsistent sein.

(6) Die Dicke der epitaxialen Schicht sollte den Anforderungen mit einer guten Gleichmäßigkeit und Wiederholbarkeit erfüllen.

(7) Nach dem epitaxialen Wachstum auf einem Substrat mit einer vergrabenen Schicht ist die vergrabene Schichtmusterverzerrung sehr gering.

(8) Der Durchmesser des epitaxialen Wafers sollte so groß wie möglich sein, um die Massenproduktion von Geräten zu erleichtern und die Kosten zu senken.

(9) die thermische Stabilität vonepitaktische Verbindungshalbleiterschichtenund die Heteroübergangsepitaxie ist gut.