Tecnología de preparación de epitaxia de silicio (Si)

Epitaxia de silicio (Si)tecnología de preparación

¿Qué es el crecimiento epitaxial?

·Los materiales monocristalinos por sí solos no pueden satisfacer las necesidades de la creciente producción de diversos dispositivos semiconductores. A finales de 1959, una fina capa decristal individualTecnología de crecimiento material: se desarrolló el crecimiento epitaxial.

Epitaxial growth is to grow a layer of material that meets the requirements on a single crystal substrate that has been carefully processed by cutting, grinding, and polishing under certain conditions. Since the grown single product layer is an extension of the substrate lattice, the grown material layer is called an epitaxial layer.

Clasificación por las propiedades de la capa epitaxial.

·Epitaxia homogénea: Elcapa epitaxialEs el mismo que el material del sustrato, lo que mantiene la consistencia del material y ayuda a lograr una estructura del producto y propiedades eléctricas de alta calidad.

·epitaxia heterogénea: Elcapa epitaxiales diferente del material del sustrato. Al seleccionar un sustrato adecuado, se pueden optimizar las condiciones de crecimiento y ampliar el rango de aplicación del material, pero es necesario superar los desafíos que plantean el desajuste de la red y las diferencias de expansión térmica.

Clasificación por posición del dispositivo

Epitaxia positiva: se refiere a la formación de una capa epitaxial sobre el material del sustrato durante el crecimiento del cristal, y el dispositivo se fabrica sobre la capa epitaxial.

Epitaxia inversa: a diferencia de la epitaxia positiva, el dispositivo se fabrica directamente sobre el sustrato, mientras que la capa epitaxial se forma sobre la estructura del dispositivo.

Diferencias de aplicación: la aplicación de los dos en la fabricación de semiconductores depende de las propiedades requeridas del material y los requisitos de diseño del dispositivo, y cada uno es adecuado para diferentes flujos de proceso y requisitos técnicos.

Clasificación por método de crecimiento epitaxial.

· La epitaxia directa es un método que utiliza calentamiento, bombardeo de electrones o campo eléctrico externo para hacer que los átomos del material en crecimiento obtengan suficiente energía y migren directamente y se depositen en la superficie del sustrato para completar el crecimiento epitaxial, como deposición al vacío, pulverización catódica, sublimación, etc. Sin embargo, este método tiene requisitos estrictos en cuanto al equipo. La resistividad y el espesor de la película tienen poca repetibilidad, por lo que no se ha utilizado en la producción epitaxial de silicio.

· La epitaxia indirecta es el uso de reacciones químicas para depositar y hacer crecer capas epitaxiales en la superficie del sustrato, lo que en términos generales se denomina deposición química de vapor (CVD). Sin embargo, la fina película producida por CVD no es necesariamente un producto único. Por lo tanto, estrictamente hablando, sólo la CVD que desarrolla una sola película es crecimiento epitaxial. Este método tiene un equipo simple y los diversos parámetros de la capa epitaxial son más fáciles de controlar y tienen buena repetibilidad. En la actualidad, el crecimiento epitaxial de silicio utiliza principalmente este método.

Otras categorias

·Según el método de transporte de átomos de materiales epitaxiales al sustrato, se puede dividir en epitaxia al vacío, epitaxia en fase gaseosa, epitaxia en fase líquida (LPE), etc.

·Según el proceso de cambio de fase, la epitaxia se puede dividir enepitaxia en fase gaseosa, epitaxia en fase líquida, yepitaxia en fase sólida.

Problemas resueltos por proceso epitaxial.

·Cuando comenzó la tecnología de crecimiento epitaxial del silicio, fue el momento en que la fabricación de transistores de silicio de alta frecuencia y alta potencia encontró dificultades. Desde la perspectiva del principio del transistor, para obtener alta frecuencia y alta potencia, el voltaje de ruptura del colector debe ser alto y la resistencia en serie debe ser pequeña, es decir, la caída de voltaje de saturación debe ser pequeña. El primero requiere que la resistividad del material del área del colector sea alta, mientras que el segundo requiere que la resistividad del material del área del colector sea baja, y los dos son contradictorios. Si la resistencia en serie se reduce adelgazando el espesor del material del área del colector, la oblea de silicio será demasiado delgada y frágil para procesarse. Si se reduce la resistividad del material, contradice el primer requisito. La tecnología epitaxial ha resuelto con éxito esta dificultad.

Solución:

·Cultivar una capa epitaxial de alta resistividad sobre un sustrato con resistividad extremadamente baja y fabricar el dispositivo sobre la capa epitaxial. La capa epitaxial de alta resistividad asegura que el tubo tenga un alto voltaje de ruptura, mientras que el sustrato de baja resistividad reduce la resistencia del sustrato y la caída de voltaje de saturación, resolviendo así la contradicción entre los dos.

Además, también se han desarrollado enormemente tecnologías epitaxiales como la epitaxia en fase de vapor, la epitaxia en fase líquida, la epitaxia de haz molecular y la epitaxia en fase de vapor de compuestos orgánicos metálicos de la familia 1-V, la familia 1-V y otros materiales semiconductores compuestos como GaAs. y se han convertido en tecnologías de proceso indispensables para la fabricación de la mayoría de microondas ydispositivos optoelectrónicos.

En particular, la aplicación exitosa de haces moleculares yvapor orgánico metálicoLa epitaxia de fase en capas ultrafinas, superredes, pozos cuánticos, superredes tensadas y epitaxia de capa fina a nivel atómico ha sentado las bases para el desarrollo de un nuevo campo de investigación de semiconductores, la "ingeniería de bandas".

Características del crecimiento epitaxial.

(1) Las capas epitaxiales de alta (baja) resistencia se pueden cultivar epitaxialmente sobre sustratos de baja (alta) resistencia.

(2) Las capas epitaxiales de N(P) se pueden cultivar sobre sustratos de P(N) para formar directamente uniones PN. No existe ningún problema de compensación al realizar uniones PN sobre sustratos únicos por difusión.

(3) Combinado con la tecnología de máscaras, se puede realizar un crecimiento epitaxial selectivo en áreas designadas, creando las condiciones para la producción de circuitos integrados y dispositivos con estructuras especiales.

(4) El tipo y la concentración de dopaje se pueden cambiar según sea necesario durante el crecimiento epitaxial. El cambio de concentración puede ser abrupto o gradual.

(5) Se pueden cultivar capas ultrafinas de compuestos heterogéneos, de múltiples capas y de múltiples componentes con componentes variables.

(6) El crecimiento epitaxial se puede llevar a cabo a una temperatura inferior al punto de fusión del material. La tasa de crecimiento es controlable y se puede lograr un crecimiento epitaxial de espesor a escala atómica.

Requisitos para el crecimiento epitaxial.

(1) La superficie debe ser plana y brillante, sin defectos superficiales como puntos brillantes, hoyos, manchas de niebla y líneas deslizantes.

(2) Buena integridad del cristal, baja dislocación y densidad de fallas de apilamiento. Paraepitaxia de silicio, la densidad de dislocación debe ser inferior a 1000/cm2, la densidad de fallas de apilamiento debe ser inferior a 10/cm2 y la superficie debe permanecer brillante después de haber sido corroída por una solución de grabado de ácido crómico.

(3) La concentración de impurezas de fondo de la capa epitaxial debe ser baja y se debe requerir menos compensación. La pureza de la materia prima debe ser alta, el sistema debe estar bien sellado, el ambiente debe estar limpio y la operación debe ser estricta para evitar la incorporación de impurezas extrañas a la capa epitaxial.

(4) Para epitaxia heterogénea, la composición de la capa epitaxial y el sustrato debe cambiar repentinamente (excepto por el requisito de un cambio de composición lento) y debe minimizarse la difusión mutua de la composición entre la capa epitaxial y el sustrato.

(5) La concentración de dopaje debe controlarse estrictamente y distribuirse uniformemente para que la capa epitaxial tenga una resistividad uniforme que cumpla con los requisitos. Se requiere que la resistividad deobleas epitaxialescultivados en diferentes hornos en el mismo horno deben ser consistentes.

(6) El espesor de la capa epitaxial debe cumplir los requisitos, con buena uniformidad y repetibilidad.

(7) Después del crecimiento epitaxial sobre un sustrato con una capa enterrada, la distorsión del patrón de la capa enterrada es muy pequeña.

(8) El diámetro de la oblea epitaxial debe ser lo más grande posible para facilitar la producción en masa de dispositivos y reducir costos.

(9) La estabilidad térmica decapas epitaxiales semiconductoras compuestasy la epitaxia de heterounión es buena.