Что такое эпитаксиальный процесс?

Обзор эпитаксиальных процессов

Термин «Эпитаксия» происходит от греческих слов «Epi», что означает «на» и «такси», что означает «упорядоченные», что указывает на упорядоченный характер кристаллического роста. Эпитаксия является важным процессом в полупроводнике, ссылаясь на рост тонкого кристаллического слоя на кристаллическом субстрате. Процесс эпитаксии (EPI) в полупроводниковом изготовлении направлен на то, чтобы нанести тонкий слой монокристалла, обычно от 0,5 до 20 микрон на монокристаллическом подложке. Процесс EPI является значительным шагом в производстве полупроводниковых устройств, особенно вкремниевая пластинаизготовление.

Эпитаксия допускает осаждение тонких пленок, которые высоко упорядочены и могут быть адаптированы для конкретных электронных свойств. Этот процесс необходим для создания высококачественных полупроводниковых устройств, таких как диоды, транзисторы и интегрированные схемы.

Типы эпитаксии

В процессе эпитаксии ориентация роста определяется базовым кристаллом.  Там может быть один или много слоев эпитаксии в зависимости от повторения осаждения. Процесс эпитаксии может быть использован для формирования тонкого слоя материала, который может быть одинаковым или отличным от базового субстрата с точки зрения химического состава и структуры. Эпитаксию может быть классифицирована на две основные категории на основе взаимосвязи между субстратом и эпитаксиальным слоем:ГомоэпитаксииГетеоэпитаксия.

Далее мы проанализируем различия между гомоэпитаксией и гетероэпитаксией из четырех измерений: выращенный слой, кристаллическая структура и решетка, пример и применение:

● Гомоэпитаксия: Это происходит, когда эпитаксиальный слой изготовлен из того же материала, что и субстрат.

✔ Выросший слой: Эпитаксиально выращенный слой имеет тот же материал, что и слой субстрата.

✔ Кристаллическая структура и решетка: Кристаллическая структура и постоянная решетки подложки и эпитаксиальный слой одинаковы.

✔ Пример: Эпитаксиальный рост очень чистого кремния над субстратом кремния.

✔ Приложение: Полупроводниковая конструкция, где требуются слои различных уровней допинга или чистые пленки на подложках, которые менее чистые.

● Гетеоэпитаксика: Это включает в себя различные материалы, используемые для слоя и субстрата, таких как растущий алюминиевый арсенид галлия (альгаас) на арсениде галлия (GAAS). Успешная гетероэпитаксика требует сходных кристаллических структур между двумя материалами, чтобы минимизировать дефекты.

✔ Выросший слой: Эпитаксиально выращенный слой имеет другой материал, чем слой субстрата.

✔ Кристаллическая структура и решетка: Кристаллическая структура и постоянная решетки подложки и эпитаксиальный слой различаются.

✔ Пример: Эпитаксиально растущий арсенид галлия на кремниевой субстрате.

✔ Приложение: Полупроводниковая конструкция, где необходимы слои различных материалов или для создания кристаллической пленки материала, который не доступен в виде однокаменного.

Факторы, влияющие на процесс EPI в полупроводнике:

✔ Температура: Влияет на скорость эпитаксии и плотность эпитаксиального слоя. Температура, необходимая для процесса эпитаксии, выше, чем комнатная температура, и значение зависит от типа эпитаксии.

✔ Давление: Влияет на скорость эпитаксии и плотность эпитаксиального слоя.

✔ Дефекты: Дефекты в эпитаксии приводят к неисправным пластинам. Физические условия, необходимые для процесса EPI, должны сохраняться для неразрешительного роста эпитаксиального слоя.

✔ Желаемая позиция: Эпитаксиальный рост должен быть в правильных положениях на кристалле. Регионы, которые должны быть исключены из эпитаксиального процесса, должны быть сняты должным образом, чтобы предотвратить рост.

✔ Автородство: Поскольку процесс эпитаксии проводится при высоких температурах, атомы легирования могут быть способны приносить вариации в материале.

Эпитаксиальные методы роста

Существует несколько методов выполнения процесса эпитаксии: эпитаксия жидкой фазы, гибридная пара фаза, эпитаксия твердой фазы, осаждение слоя атома, химическое осаждение пара, эпитаксия молекулярного луча и т. Д. Давайте сравним два процесса эпитаксии: CVD и MBE.

Эпитаксиальные режимы роста

Режимы роста эпитаксии: Эпитаксиальный рост может происходить через разные режимы, которые влияют на то, как образуются слои:

✔ (а) Volmer-Weber (VW): Характеризуется трехмерным ростом острова, где зародышеобразование происходит до непрерывного образования пленки.

✔ (б)Frank-Van der Merwe (FM): Включает в себя рост слоя за слоем, способствуя однородной толщине.

✔ (c) Боковые крастанс (SK): Комбинация VW и FM, начиная с роста слоя, которая переходит в образование острова после достижения критической толщины.

Важность роста эпитаксии в производстве полупроводников

Эпитаксия жизненно важна для улучшения электрических свойств полупроводниковых пластин. Способность контролировать профили допинга и достижение конкретных материалов делает эпитаксию необходимой для современной электроники.

Более того, эпитаксиальные процессы становятся все более значительными в разработке высокопроизводительных датчиков и электроники, отражая постоянные достижения в области полупроводниковых технологий. Точность, необходимая для контроля параметров, таких кактемпература, давление и скорость потока газаВо время эпитаксиального роста имеет решающее значение для достижения высококачественных кристаллических слоев с минимальными дефектами.