¿Qué es el proceso de epitaxia de semiconductores?

Es ideal para construir circuitos integrados o dispositivos semiconductores sobre una capa base cristalina perfecta. ElepitaxiaEl proceso (epi) en la fabricación de semiconductores tiene como objetivo depositar una fina capa monocristalina, generalmente de entre 0,5 y 20 micrones, sobre un sustrato monocristalino. El proceso de epitaxia es un paso importante en la fabricación de dispositivos semiconductores, especialmente en la fabricación de obleas de silicio.

Proceso de epitaxia (epi) en la fabricación de semiconductores.

Descripción general de la epitaxia en la fabricación de semiconductores

¿Qué es? El proceso de epitaxia (epi) en la fabricación de semiconductores permite el crecimiento de una fina capa cristalina en una orientación determinada sobre un sustrato cristalino.

Objetivo En la fabricación de semiconductores, el objetivo del proceso de epitaxia es hacer que los electrones se transporten de manera más eficiente a través del dispositivo. En la construcción de dispositivos semiconductores, se incluyen capas de epitaxia para refinar y uniformar la estructura.

Procesar elepitaxia process allows the growth of higher purity epitaxial layers on a substrate of the same material. In some semiconductor materials, such as heterojunction bipolar transistors (HBTs) or metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), the epitaxy process is used to grow a layer of material different from the substrate. It is the epitaxy process that makes it possible to grow a low density doped layer on a layer of highly doped material.

Descripción general del proceso de epitaxia en la fabricación de semiconductores

Qué es El proceso de epitaxia (epi) en la fabricación de semiconductores permite el crecimiento de una fina capa cristalina en una orientación determinada sobre un sustrato cristalino.

El objetivo en la fabricación de semiconductores, el objetivo del proceso de epitaxia es hacer que los electrones se transporten a través del dispositivo de manera más eficiente. En la construcción de dispositivos semiconductores, se incluyen capas de epitaxia para refinar y uniformar la estructura.

El proceso de epitaxia permite el crecimiento de capas epitaxiales de mayor pureza sobre un sustrato del mismo material. En algunos materiales semiconductores, como los transistores bipolares de heterounión (HBT) o los transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico (MOSFET), el proceso de epitaxia se utiliza para hacer crecer una capa de material diferente del sustrato. Es el proceso de epitaxia el que permite hacer crecer una capa dopada de baja densidad sobre una capa de material altamente dopado.

Tipos de procesos epitaxiales en la fabricación de semiconductores

En el proceso epitaxial, la dirección del crecimiento está determinada por el cristal del sustrato subyacente. Dependiendo de la repetición del depósito, puede haber una o más capas epitaxiales. Los procesos epitaxiales se pueden utilizar para formar capas delgadas de material que sea igual o diferente en composición química y estructura que el sustrato subyacente.

Dos tipos de procesos Epi

CaracterísticasHomoepitaxia Heteroepitaxia

Capas de crecimiento La capa de crecimiento epitaxial es del mismo material que la capa de sustrato. La capa de crecimiento epitaxial es un material diferente de la capa de sustrato.

Estructura cristalina y red La estructura cristalina y la constante de red del sustrato y la capa epitaxial son las mismas La estructura cristalina y la constante de red del sustrato y la capa epitaxial son diferentes

Ejemplos Crecimiento epitaxial de silicio de alta pureza sobre sustrato de silicio Crecimiento epitaxial de arseniuro de galio sobre sustrato de silicio

Aplicaciones Estructuras de dispositivos semiconductores que requieren capas de diferentes niveles de dopaje o películas puras sobre sustratos menos puros Estructuras de dispositivos semiconductores que requieren capas de diferentes materiales o la construcción de películas cristalinas de materiales que no se pueden obtener como cristales individuales

Dos tipos de procesos Epi

Características Homoepitaxia Heteroepitaxia

Capa de crecimiento La capa de crecimiento epitaxial es del mismo material que la capa de sustrato. La capa de crecimiento epitaxial es de un material diferente al de la capa de sustrato.

Estructura cristalina y red La estructura cristalina y la constante de red del sustrato y la capa epitaxial son las mismas La estructura cristalina y la constante de red del sustrato y la capa epitaxial son diferentes

Ejemplos Crecimiento epitaxial de silicio de alta pureza sobre sustrato de silicio Crecimiento epitaxial de arseniuro de galio sobre sustrato de silicio

Aplicaciones Estructuras de dispositivos semiconductores que requieren capas de diferentes niveles de dopaje o películas puras sobre sustratos menos puros Estructuras de dispositivos semiconductores que requieren capas de diferentes materiales o construyen películas cristalinas de materiales que no se pueden obtener como cristales individuales

Factores que afectan los procesos epitaxiales en la fabricación de semiconductores

Descripción de los factores

La temperatura afecta la tasa de epitaxia y la densidad de la capa epitaxial. La temperatura requerida para el proceso de epitaxia es superior a la temperatura ambiente y el valor depende del tipo de epitaxia.

La presión afecta la tasa de epitaxia y la densidad de la capa epitaxial.

Defectos Los defectos en la epitaxia provocan obleas defectuosas. Las condiciones físicas requeridas para el proceso de epitaxia deben mantenerse para un crecimiento de la capa epitaxial sin defectos.

Posición deseada El proceso de epitaxia debe crecer en la posición correcta del cristal. Las áreas donde no se desea crecimiento durante el proceso deben recubrirse adecuadamente para evitar el crecimiento.

Autodopaje Dado que el proceso de epitaxia se realiza a altas temperaturas, los átomos dopantes pueden provocar cambios en el material.

Descripción del factor

La temperatura afecta la tasa de epitaxia y la densidad de la capa epitaxial. La temperatura requerida para el proceso epitaxial es superior a la temperatura ambiente y el valor depende del tipo de epitaxia.

La presión afecta la tasa de epitaxia y la densidad de la capa epitaxial.

Defectos Los defectos en la epitaxia provocan obleas defectuosas. Las condiciones físicas requeridas para el proceso de epitaxia deben mantenerse para un crecimiento de la capa epitaxial sin defectos.

Ubicación deseada El proceso de epitaxia debe crecer en la ubicación correcta del cristal. Las áreas donde no se desea crecimiento durante este proceso deben recubrirse adecuadamente para evitar el crecimiento.

Autodopaje Dado que el proceso de epitaxia se realiza a altas temperaturas, los átomos dopantes pueden provocar cambios en el material.

Densidad y tasa epitaxial.

La densidad de crecimiento epitaxial es el número de átomos por unidad de volumen de material en la capa de crecimiento epitaxial. Factores como la temperatura, la presión y el tipo de sustrato semiconductor afectan el crecimiento epitaxial. Generalmente, la densidad de la capa epitaxial varía con los factores anteriores. La velocidad a la que crece la capa epitaxial se llama tasa de epitaxia.

Si la epitaxia se cultiva en la ubicación y orientación adecuadas, la tasa de crecimiento será alta y viceversa. De manera similar a la densidad de la capa epitaxial, la tasa de epitaxia también depende de factores físicos como la temperatura, la presión y el tipo de material del sustrato.

La tasa epitaxial aumenta a altas temperaturas y bajas presiones. La tasa de epitaxia también depende de la orientación de la estructura del sustrato, la concentración de los reactivos y la técnica de crecimiento utilizada.

Métodos del proceso de epitaxia

Existen varios métodos de epitaxia:epitaxia en fase líquida (LPE), epitaxia híbrida en fase de vapor, epitaxia en fase sólida,deposición de capa atómica, deposición química de vapor, epitaxia de haz molecular, etc. Comparemos dos procesos de epitaxia: CVD y MBE.

Deposición química de vapor (CVD) Epitaxia de haz molecular (MBE)

Proceso químico Proceso físico

Implica una reacción química que ocurre cuando un precursor de gas se encuentra con un sustrato calentado en una cámara o reactor de crecimiento. El material a depositar se calienta en condiciones de vacío.

Control preciso del proceso de crecimiento de la película Control preciso del espesor y composición de la capa cultivada

Para aplicaciones que requieren capas epitaxiales de alta calidad Para aplicaciones que requieren capas epitaxiales extremadamente finas

Método más utilizado Método más caro

Proceso químico Proceso físico

Implica una reacción química que ocurre cuando un precursor de gas se encuentra con un sustrato calentado en una cámara o reactor de crecimiento. El material a depositar se calienta en condiciones de vacío.

Control preciso del proceso de crecimiento de la película delgada. Control preciso del espesor y composición de la capa cultivada.

Se utiliza en aplicaciones que requieren capas epitaxiales de alta calidad. Se utiliza en aplicaciones que requieren capas epitaxiales extremadamente finas.

Método más utilizado Método más caro

El proceso de epitaxia es fundamental en la fabricación de semiconductores; optimiza el rendimiento de

Dispositivos semiconductores y circuitos integrados. Es uno de los principales procesos en la fabricación de dispositivos semiconductores que afecta la calidad, las características y el rendimiento eléctrico del dispositivo.