Was ist der epitaxiale Prozess?

Überblick über epitaxiale Prozesse

Der Begriff "Epitaxie" stammt aus den griechischen Wörtern "epi", bedeutet "auf" und "Taxis", was "geordnet" bedeutet, was auf die geordnete Natur des kristallinen Wachstums hinweist. Die Epitaxie ist ein entscheidender Prozess bei der Herstellung von Halbleiter, das sich auf das Wachstum einer dünnen kristallinen Schicht auf einem kristallinen Substrat bezieht. Das Epitaxy (EPI) -Prozess bei der Herstellung von Halbleiter zielt darauf ab, eine feine Schicht einzelner Kristall, normalerweise etwa 0,5 bis 20 Mikrometer, auf einem einzelnen Kristallsubstrat abzulegen. Der EPI -Prozess ist ein wesentlicher Schritt in der Herstellung von Halbleiter Geräte, insbesondere inSiliziumwaferHerstellung.

Die Epitaxie ermöglicht die Ablagerung von dünnen Filmen, die hoch geordnet sind und auf bestimmte elektronische Eigenschaften zugeschnitten werden können. Dieser Prozess ist wichtig, um hochwertige Halbleitergeräte wie Dioden, Transistoren und integrierte Schaltungen zu erstellen.

Arten von Epitaxie

Im Epitaxieprozess wird die Ausrichtung des Wachstums durch den zugrunde liegenden Basiskristall bestimmt.  Abhängig von der Wiederholung der Ablagerung kann es entweder eine oder viele Epitaxienschichten geben. Der Epitaxieprozess kann verwendet werden, um eine dünne Materialschicht zu bilden, die entweder gleich oder vom zugrunde liegenden Substrat in Bezug auf chemische Zusammensetzung und Struktur unterscheidet. Epitaxie kann basierend auf der Beziehung zwischen dem Substrat und der epitaxialen Schicht in zwei primäre Kategorien eingeteilt werden:HomoepitaxieUndHeteroepitaxie.

Als nächstes werden wir die Unterschiede zwischen Homoepitaxy und Heteroepitaxy aus vier Dimensionen analysieren: Grown -Schicht, Kristallstruktur und Gitter, Beispiel und Anwendung:

● Homoepitaxie: Dies geschieht, wenn die Epitaxialdicht aus demselben Material wie dem Substrat hergestellt wird.

✔ Erwachsene Schicht: Die epitaxiell angebaute Schicht hat das gleiche Material wie die Substratschicht.

✔ Kristallstruktur und Gitter: Die Kristallstruktur und die Gitterkonstante des Substrats und der Epitaxialschicht sind gleich.

✔ Beispiel: Epitaxielles Wachstum von hochreinem Silizium über Substrat -Silizium.

✔ Anwendung: Halbleiter -Gerätekonstruktion, bei denen Schichten verschiedener Dotierungsniveaus erforderlich sind, oder reine Filme auf Substraten, die weniger rein sind.

● Heteroepitaxie: Dies beinhaltet verschiedene Materialien, die für Schicht und Substrat verwendet werden, wie z. Eine erfolgreiche Heteroepitaxie erfordert ähnliche Kristallstrukturen zwischen den beiden Materialien, um Defekte zu minimieren.

✔ Erwachsene Schicht: Die epitaxial angebaute Schicht hat ein anderes Material als die Substratschicht.

✔ Kristallstruktur und Gitter: Die Kristallstruktur und die Gitterkonstante des Substrats und der Epitaxialschicht sind unterschiedlich.

✔ Beispiel: Epitaxial wachsen Galliumarsenid auf einem Silizium -Substrat.

✔ Anwendung: Halbleiter -Gerätekonstruktion, bei der Schichten verschiedener Materialien benötigt werden oder um einen kristallinen Film eines Materials zu bauen, das nicht als einzelner Kristall erhältlich ist.

Faktoren, die den EPI -Prozess bei der Herstellung von Halbleiter beeinflussen:

✔ Temperatur: Beeinflusst die Epitaxienrate und die epitaxiale Schichtdichte. Die für den Epitaxienprozess erforderliche Temperatur ist höher als die Raumtemperatur, und der Wert hängt von der Art der Epitaxie ab.

✔ Druck: Beeinflusst die Epitaxienrate und die epitaxiale Schichtdichte.

✔ Mängel: Mängel in der Epitaxie führen zu fehlerhaften Wafern. Die für den EPI-Prozess erforderlichen physikalischen Bedingungen sollten für das nicht defekte epitaxiale Schichtwachstum beibehalten werden.

✔ Angestrebte Tätigkeit: Das epitaxiale Wachstum sollte in den richtigen Positionen auf dem Kristall sein. Die Regionen, die vom epitaxialen Prozess ausgeschlossen werden sollten, sollten ordnungsgemäß gedreht werden, um das Wachstum zu verhindern.

✔ Autodoping: Da der Epitaxieprozess bei hohen Temperaturen durchgeführt wird, können Dotierdsatome möglicherweise Variationen des Materials bringen.

Epitaxiale Wachstumstechniken

Es gibt verschiedene Methoden zur Durchführung des Epitaxieprozesses: Epitaxie der flüssigen Phase, Epitaxie der Hybriddampfphase, Epitaxie der festen Phase, Ablagerung der Atomschicht, Ablagerung des chemischen Dampfs, Epitaxie des molekularen Strahls usw. Vergleichen wir die beiden Epitaxienprozesse: CVD und MBE.

Epitaxiale Wachstumsmodi

Epitaxienwachstumsmodi: Das epitaxiale Wachstum kann durch verschiedene Modi auftreten, die sich auf die Bildung von Schichten auswirken:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): Gekennzeichnet durch dreidimensionales Inselwachstum, bei dem die Keimbildung vor der kontinuierlichen Filmbildung auftritt.

✔ (b)Frank-Van der Merwe (FM): Beinhaltet Schicht-für-Schicht-Wachstum und fördert die gleichmäßige Dicke.

✔ (c) Die Seiten-Krastanen (SK): Eine Kombination aus VW und FM, beginnend mit dem Schichtwachstum, der nach einer kritischen Dicke in die Inselbildung übergeht.

Die Bedeutung des Epitaxiewachstums bei der Herstellung von Halbleiter

Die Epitaxie ist für die Verbesserung der elektrischen Eigenschaften von Halbleiterwafern von entscheidender Bedeutung. Die Fähigkeit, Dopingprofile zu steuern und spezifische Materialmerkmale zu erreichen, macht die Epitaxie in der modernen Elektronik unverzichtbar.

Darüber hinaus werden epitaxiale Prozesse bei der Entwicklung von Hochleistungssensoren und Leistungselektronik immer signifikanter, was die fortlaufenden Fortschritte in der Halbleitertechnologie widerspiegelt. Die Präzision, die bei der Steuerung von Parametern erforderlich ist, z. B.Temperatur-, Druck- und GasdurchflussrateWährend des epitaxialen Wachstums ist das Wachstum von entscheidender Bedeutung, um hochwertige kristalline Schichten mit minimalen Defekten zu erreichen.