Silikon (Si) epitaksisinin hazırlanması texnologiyası

Silikon (Si) epitaksisihazırlamaq texnologiyası

Epitaksial böyümə nədir?

· Tək kristal materiallar müxtəlif yarımkeçirici cihazların artan istehsalının ehtiyaclarını tək başına ödəyə bilməz. 1959-cu ilin sonunda nazik təbəqətək kristalmaddi artım texnologiyası - epitaksial artım hazırlanmışdır.

Epitaksial böyümə, müəyyən şərtlərdə kəsmə, üyüdmə və cilalama ilə diqqətlə işlənmiş bir kristal substratda tələblərə cavab verən bir material qatının yetişdirilməsidir. Yetişmiş tək məhsul təbəqəsi substrat qəfəsinin uzantısı olduğundan, yetişdirilmiş material təbəqəsi epitaksial təbəqə adlanır.

Epitaksial təbəqənin xüsusiyyətlərinə görə təsnifat

·Homojen epitaksiya: Theepitaksial təbəqəmaterialın konsistensiyasını saxlayan və yüksək keyfiyyətli məhsul strukturuna və elektrik xüsusiyyətlərinə nail olmağa kömək edən substrat materialı ilə eynidir.

·Heterojen epitaksiya: Theepitaksial təbəqəsubstrat materialından fərqlidir. Uyğun bir substrat seçməklə, böyümə şərtləri optimallaşdırıla bilər və materialın tətbiq sahəsi genişləndirilə bilər, lakin qəfəs uyğunsuzluğu və istilik genişlənməsi fərqlərinin gətirdiyi çətinlikləri aradan qaldırmaq lazımdır.

Cihaz mövqeyinə görə təsnifat

Müsbət epitaksiya: kristal böyüməsi zamanı substrat materialında epitaksial təbəqənin əmələ gəlməsinə aiddir və cihaz epitaksial təbəqə üzərində hazırlanır.

Əks epitaksiya: Müsbət epitaksiyadan fərqli olaraq, cihaz birbaşa substratda istehsal olunur, epitaksial təbəqə isə cihazın strukturunda formalaşır.

Tətbiq fərqləri: Yarımkeçirici istehsalında ikisinin tətbiqi tələb olunan material xüsusiyyətlərindən və cihazın dizayn tələblərindən asılıdır və hər biri müxtəlif proses axınları və texniki tələblər üçün uyğundur.

Epitaksial böyümə üsulu ilə təsnifat

· Birbaşa epitaksiya böyüməkdə olan material atomlarının kifayət qədər enerji əldə etməsi və epitaksial böyüməni tamamlamaq üçün birbaşa miqrasiya edib substratın səthinə çökdürülməsi üçün istilik, elektron bombardmanı və ya xarici elektrik sahəsindən istifadə üsuludur, məsələn, vakuumda çökmə, püskürtmə, sublimasiya və s. Bununla belə, bu metodun avadanlıqlara ciddi tələbləri var. Filmin müqaviməti və qalınlığı zəif təkrarlanma qabiliyyətinə malikdir, buna görə də silikon epitaksial istehsalında istifadə edilməmişdir.

· Dolayı epitaksiya, geniş şəkildə kimyəvi buxar çökmə (CVD) adlanan substrat səthində epitaksial təbəqələrin çökməsi və böyüməsi üçün kimyəvi reaksiyaların istifadəsidir. Bununla belə, CVD tərəfindən yetişdirilən nazik film mütləq tək bir məhsul deyil. Buna görə də, ciddi şəkildə desək, tək bir film böyüyən yalnız CVD epitaksial böyümədir. Bu üsul sadə avadanlıqlara malikdir və epitaksial təbəqənin müxtəlif parametrlərinə nəzarət etmək daha asandır və yaxşı təkrarlanma qabiliyyətinə malikdir. Hazırda silisium epitaksial artım əsasən bu üsuldan istifadə edir.

Digər kateqoriyalar

·Epitaksial materialların atomlarının substrata daşınması üsuluna görə onu vakuum epitaksiyasına, qaz fazalı epitaksiyaya, maye fazalı epitaksiyaya(LPE) və s.

·Faza dəyişmə prosesinə görə epitaksiyanı bölmək olarqaz fazasının epitaksiyası, maye faza epitaksiyası, vəbərk fazalı epitaksiya.

Epitaksial proseslə həll olunan problemlər

Silikon epitaksial böyümə texnologiyası başlayanda, silikon yüksək tezlikli və yüksək güclü tranzistor istehsalının çətinliklərlə üzləşdiyi vaxt idi. Tranzistor prinsipi baxımından yüksək tezlik və yüksək güc əldə etmək üçün kollektorun qırılma gərginliyi yüksək olmalıdır və sıra müqaviməti kiçik olmalıdır, yəni doyma gərginliyinin düşməsi kiçik olmalıdır. Birincisi kollektor sahəsi materialının müqavimətinin yüksək olmasını tələb edir, ikincisi isə kollektor sahəsi materialının müqavimətinin aşağı olmasını tələb edir və ikisi bir-birinə ziddir. Əgər seriya müqaviməti kollektor sahəsinin materialının qalınlığının incəlməsi ilə azaldılırsa, silikon vafli emal edilmək üçün çox nazik və kövrək olacaq. Materialın müqaviməti azalarsa, bu, birinci tələbə zidd olacaq. Epitaksial texnologiya bu çətinliyi uğurla həll etdi.

Həll:

·Həddindən artıq aşağı müqavimətli substratda yüksək müqavimətli epitaksial təbəqə yetişdirin və cihazı epitaksial təbəqədə hazırlayın. Yüksək müqavimətli epitaksial təbəqə borunun yüksək qırılma gərginliyinə malik olmasını təmin edir, aşağı müqavimətli substrat isə substratın müqavimətini və doyma gərginliyinin düşməsini azaldır, beləliklə, ikisi arasındakı ziddiyyəti həll edir.

Bundan əlavə, buxar fazasının epitaksiyası, maye fazalı epitaksiyası, molekulyar şüa epitaksiyası və 1-V ailəsinin, 1-V ailəsinin metal üzvi birləşmə buxar fazasının epitaksiyası və GaAs kimi digər mürəkkəb yarımkeçirici materiallar kimi epitaksial texnologiyalar da çox inkişaf etdirilmişdir. və əksər mikrodalğalı sobaların istehsalı üçün əvəzolunmaz proses texnologiyalarına çevrilmişdiroptoelektron cihazlar.

Xüsusilə, molekulyar şüanın uğurlu tətbiqi vəmetal üzvi buxarultra nazik təbəqələrdə, super qəfəslərdə, kvant quyularında, gərginləşmiş super qəfəslərdə və atom səviyyəli nazik təbəqə epitaksiyasında faza epitaksiyası yarımkeçiricilərin tədqiqinin yeni sahəsi olan "zolaq mühəndisliyi"nin inkişafı üçün əsas yaratmışdır.

Epitaksial böyümənin xüsusiyyətləri

(1) Yüksək (aşağı) müqavimətli epitaksial təbəqələr aşağı (yüksək) müqavimətli substratlarda epitaksial olaraq yetişdirilə bilər.

(2) N(P) epitaksial təbəqələr birbaşa PN qovşaqlarını yaratmaq üçün P(N) substratlarda yetişdirilə bilər. Diffuziya yolu ilə tək substratlarda PN qovşaqları edərkən kompensasiya problemi yoxdur.

(3) Maska texnologiyası ilə birlikdə, seçmə epitaksial artım xüsusi strukturlara malik inteqral sxemlərin və cihazların istehsalı üçün şərait yaradaraq, təyin olunmuş ərazilərdə həyata keçirilə bilər.

(4) Dopinqin növü və konsentrasiyası epitaksial böyümə zamanı lazım olduqda dəyişdirilə bilər. Konsentrasiyanın dəyişməsi ani və ya tədricən ola bilər.

(5) Dəyişən komponentləri olan heterojen, çox qatlı, çoxkomponentli birləşmələrin ultra nazik təbəqələri yetişdirilə bilər.

(6) Epitaksial böyümə materialın ərimə nöqtəsindən aşağı temperaturda həyata keçirilə bilər. Böyümə sürəti idarə edilə bilər və atom miqyaslı qalınlığın epitaksial böyüməsinə nail olmaq olar.

Epitaksial böyümə üçün tələblər

(1) Səth düz və parlaq olmalıdır, parlaq ləkələr, çuxurlar, duman ləkələri və sürüşmə xətləri kimi səth qüsurları olmadan

(2) Yaxşı kristal bütövlüyü, aşağı dislokasiya və yığma xəta sıxlığı. üçünsilikon epitaksiyası, dislokasiya sıxlığı 1000/sm2-dən az, yığma xəta sıxlığı 10/sm2-dən az olmalı və xrom turşusu ilə aşındırma məhlulu ilə korroziyaya məruz qaldıqdan sonra səth parlaq qalmalıdır.

(3) Epitaksial təbəqənin fon çirkliliyi konsentrasiyası aşağı olmalıdır və daha az kompensasiya tələb edilməlidir. Xammalın təmizliyi yüksək olmalı, sistem yaxşı möhürlənməlidir, ətraf mühit təmiz olmalıdır və epitaksial təbəqəyə xarici çirklərin daxil olmasının qarşısını almaq üçün əməliyyat ciddi olmalıdır.

(4) Heterojen epitaksiya üçün epitaksial təbəqənin və substratın tərkibi qəfil dəyişməli (tərkibinin yavaş dəyişməsi tələbi istisna olmaqla) və epitaksial təbəqə ilə substrat arasında tərkibin qarşılıqlı yayılması minimuma endirilməlidir.

(5) Dopinq konsentrasiyası ciddi şəkildə idarə olunmalı və bərabər paylanmalıdır ki, epitaksial təbəqə tələblərə cavab verən vahid müqavimətə malik olsun. Müqavimətinin olması tələb olunurepitaksial vafliləreyni sobada müxtəlif sobalarda yetişdirilənlər ardıcıl olmalıdır.

(6) Epitaksial təbəqənin qalınlığı tələblərə cavab verməlidir, yaxşı vahidlik və təkrarlanma qabiliyyəti ilə.

(7) Gömülü təbəqə ilə bir substratda epitaksial böyümədən sonra, basdırılmış təbəqə nümunəsinin təhrifi çox kiçikdir.

(8) Epitaksial vaflinin diametri cihazların kütləvi istehsalını asanlaşdırmaq və xərcləri azaltmaq üçün mümkün qədər böyük olmalıdır.

(9) İstilik sabitliyimürəkkəb yarımkeçirici epitaksial təbəqələrvə heteroqovuşma epitaksiyası yaxşıdır.