Τι είναι η διαδικασία ημιαγωγικής επιταξίας;

Είναι ιδανικό για την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων ή συσκευών ημιαγωγών σε ένα τέλειο στρώμα κρυσταλλικής βάσης. Οεπιταξία(epi) η διαδικασία στην κατασκευή ημιαγωγών στοχεύει στην εναπόθεση ενός λεπτού μονοκρυσταλλικού στρώματος, συνήθως περίπου 0,5 έως 20 microns, σε ένα μονοκρυσταλλικό υπόστρωμα. Η διαδικασία της επιταξίας είναι ένα σημαντικό βήμα στην κατασκευή συσκευών ημιαγωγών, ειδικά στην κατασκευή πλακιδίων πυριτίου.

Διεργασία επιταξίας (epi) στην κατασκευή ημιαγωγών

Επισκόπηση της Επιτάξεως στην Κατασκευή Ημιαγωγών

Τι είναι η διαδικασία της επιταξίας (epi) στην κατασκευή ημιαγωγών επιτρέπει την ανάπτυξη ενός λεπτού κρυσταλλικού στρώματος σε δεδομένο προσανατολισμό πάνω από ένα κρυσταλλικό υπόστρωμα.

Στόχος Στην κατασκευή ημιαγωγών, ο στόχος της διαδικασίας της επιταξίας είναι να κάνει τα ηλεκτρόνια να μεταφέρονται πιο αποτελεσματικά μέσω της συσκευής. Στην κατασκευή συσκευών ημιαγωγών, περιλαμβάνονται επιτάξεις για να τελειοποιήσουν και να κάνουν τη δομή ομοιόμορφη.

Διαδικασία ΗεπιταξίαΗ διαδικασία επιτρέπει την ανάπτυξη επιταξιακών στρωμάτων υψηλότερης καθαρότητας σε ένα υπόστρωμα του ίδιου υλικού. Σε ορισμένα υλικά ημιαγωγών, όπως τα διπολικά τρανζίστορ ετεροζεύξης (HBT) ή τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου ημιαγωγού οξειδίου μετάλλου (MOSFET), η διαδικασία της επιταξίας χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη ενός στρώματος υλικού διαφορετικό από το υπόστρωμα. Είναι η διαδικασία της επιταξίας που καθιστά δυνατή την ανάπτυξη ενός στρώματος ντοπαρισμένου χαμηλής πυκνότητας σε ένα στρώμα υλικού υψηλής πρόσμιξης.

Επισκόπηση διαδικασίας επιταξίας στην κατασκευή ημιαγωγών

Τι είναι Η διαδικασία της επιταξίας (epi) στην κατασκευή ημιαγωγών επιτρέπει την ανάπτυξη ενός λεπτού κρυσταλλικού στρώματος σε δεδομένο προσανατολισμό πάνω από ένα κρυσταλλικό υπόστρωμα.

Στόχος στην κατασκευή ημιαγωγών, ο στόχος της διαδικασίας της επιταξίας είναι να κάνει τα ηλεκτρόνια που μεταφέρονται μέσω της συσκευής πιο αποτελεσματικά. Στην κατασκευή συσκευών ημιαγωγών, περιλαμβάνονται επιτάξεις για να τελειοποιήσουν και να κάνουν τη δομή ομοιόμορφη.

Η διαδικασία της επιταξίας επιτρέπει την ανάπτυξη επιταξιακών στρωμάτων υψηλότερης καθαρότητας σε ένα υπόστρωμα του ίδιου υλικού. Σε ορισμένα υλικά ημιαγωγών, όπως τα διπολικά τρανζίστορ ετεροσύνδεσης (HBT) ή τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου ημιαγωγού οξειδίου μετάλλου (MOSFET), η διαδικασία της επιταξίας χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη ενός στρώματος υλικού διαφορετικό από το υπόστρωμα. Είναι η διαδικασία της επιταξίας που καθιστά δυνατή την ανάπτυξη ενός στρώματος ντοπαρισμένου χαμηλής πυκνότητας σε ένα στρώμα υλικού υψηλής πρόσμιξης.

Τύποι επιταξιακών διεργασιών στην κατασκευή ημιαγωγών

Στην επιταξιακή διαδικασία, η κατεύθυνση της ανάπτυξης καθορίζεται από τον υποκείμενο κρύσταλλο του υποστρώματος. Ανάλογα με την επανάληψη της εναπόθεσης, μπορεί να υπάρχουν ένα ή περισσότερα επιταξιακά στρώματα. Οι επιταξιακές διεργασίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το σχηματισμό λεπτών στρωμάτων υλικού που είναι το ίδιο ή διαφορετικό σε χημική σύνθεση και δομή από το υποκείμενο υπόστρωμα.

Δύο τύποι διαδικασιών Epi

ΧαρακτηριστικάΟμοιοεπιταξία Ετεροεπιταξία

Στρώματα ανάπτυξης Το επιταξιακό στρώμα ανάπτυξης είναι το ίδιο υλικό με το στρώμα υποστρώματος Το επιταξιακό στρώμα ανάπτυξης είναι διαφορετικό υλικό από το στρώμα υποστρώματος

Κρυσταλλική δομή και πλέγμα Η κρυσταλλική δομή και η σταθερά πλέγματος του υποστρώματος και της επιταξιακής στρώσης είναι ίδιες Η κρυσταλλική δομή και η σταθερά πλέγματος του υποστρώματος και της επιταξιακής στρώσης είναι διαφορετικές

Παραδείγματα Επιταξιακή ανάπτυξη πυριτίου υψηλής καθαρότητας σε υπόστρωμα πυριτίου Επιταξιακή ανάπτυξη αρσενιδίου γαλλίου σε υπόστρωμα πυριτίου

Εφαρμογές Κατασκευές συσκευών ημιαγωγών που απαιτούν στρώματα διαφορετικών επιπέδων ντόπινγκ ή καθαρές μεμβράνες σε λιγότερο καθαρά υποστρώματα Κατασκευές συσκευών ημιαγωγών που απαιτούν στρώματα διαφορετικών υλικών ή δομικά κρυσταλλικά φιλμ υλικών που δεν μπορούν να ληφθούν ως μονοκρυστάλλοι

Δύο τύποι διαδικασιών Epi

Χαρακτηριστικά Ομοιοεπιταξία Ετεροεπιταξία

Επίπεδο ανάπτυξης Το επιταξιακό στρώμα ανάπτυξης είναι το ίδιο υλικό με το στρώμα υποστρώματος Το επιταξιακό στρώμα ανάπτυξης είναι διαφορετικό υλικό από το στρώμα υποστρώματος

Κρυσταλλική δομή και πλέγμα Η κρυσταλλική δομή και η σταθερά πλέγματος του υποστρώματος και της επιταξιακής στρώσης είναι ίδιες Η κρυσταλλική δομή και η σταθερά του πλέγματος του υποστρώματος και της επιταξιακής στρώσης είναι διαφορετικές

Παραδείγματα Επιταξιακή ανάπτυξη πυριτίου υψηλής καθαρότητας σε υπόστρωμα πυριτίου Επιταξιακή ανάπτυξη αρσενιδίου γαλλίου σε υπόστρωμα πυριτίου

Εφαρμογές Κατασκευές συσκευών ημιαγωγών που απαιτούν στρώματα διαφορετικών επιπέδων ντόπινγκ ή καθαρές μεμβράνες σε λιγότερο καθαρά υποστρώματα Δομές συσκευών ημιαγωγών που απαιτούν στρώματα διαφορετικών υλικών ή δημιουργούν κρυσταλλικές μεμβράνες υλικών που δεν μπορούν να ληφθούν ως μονοκρυστάλλοι

Παράγοντες που επηρεάζουν τις επιταξιακές διεργασίες στην κατασκευή ημιαγωγών

Περιγραφή παραγόντων

Θερμοκρασία Επηρεάζει τον ρυθμό επιταξίας και την πυκνότητα του επιταξιακού στρώματος. Η θερμοκρασία που απαιτείται για τη διαδικασία της επιταξίας είναι υψηλότερη από τη θερμοκρασία δωματίου και η τιμή εξαρτάται από τον τύπο της επιταξίας.

Πίεση Επηρεάζει τον ρυθμό επιταξίας και την πυκνότητα του επιταξιακού στρώματος.

Ελαττώματα Τα ελαττώματα στην επιταξία οδηγούν σε ελαττωματικές γκοφρέτες. Οι φυσικές συνθήκες που απαιτούνται για τη διαδικασία της επιταξίας θα πρέπει να διατηρηθούν για την ανάπτυξη επιταξιακού στρώματος χωρίς ελαττώματα.

Επιθυμητή θέση Η διαδικασία της επιταξίας πρέπει να αναπτυχθεί στη σωστή θέση του κρυστάλλου. Οι περιοχές όπου δεν είναι επιθυμητή η ανάπτυξη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θα πρέπει να επικαλυφθούν κατάλληλα για να αποτραπεί η ανάπτυξη.

Αυτο-ντόπινγκ Δεδομένου ότι η διαδικασία της επιτάξεως εκτελείται σε υψηλές θερμοκρασίες, τα άτομα πρόσμιξης μπορεί να είναι σε θέση να επιφέρουν αλλαγές στο υλικό.

Περιγραφή παράγοντα

Θερμοκρασία Επηρεάζει τον ρυθμό επιταξίας και την πυκνότητα του επιταξιακού στρώματος. Η θερμοκρασία που απαιτείται για την επιταξιακή διαδικασία είναι υψηλότερη από τη θερμοκρασία δωματίου και η τιμή εξαρτάται από τον τύπο της επιταξίας.

Η πίεση επηρεάζει τον ρυθμό επιταξίας και την πυκνότητα του επιταξιακού στρώματος.

Ελαττώματα Τα ελαττώματα στην επιταξία οδηγούν σε ελαττωματικές γκοφρέτες. Οι φυσικές συνθήκες που απαιτούνται για τη διαδικασία της επιταξίας θα πρέπει να διατηρούνται για την ανάπτυξη επιταξιακής στιβάδας χωρίς ελαττώματα.

Επιθυμητή θέση Η διαδικασία της επιταξίας πρέπει να αναπτυχθεί στη σωστή θέση του κρυστάλλου. Οι περιοχές όπου δεν είναι επιθυμητή η ανάπτυξη κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας θα πρέπει να επικαλυφθούν κατάλληλα για να αποτραπεί η ανάπτυξη.

Αυτο-ντόπινγκ Δεδομένου ότι η διαδικασία της επιτάξεως εκτελείται σε υψηλές θερμοκρασίες, τα άτομα πρόσμιξης μπορεί να είναι σε θέση να επιφέρουν αλλαγές στο υλικό.

Επιταξιακή πυκνότητα και ρυθμός

Η πυκνότητα της επιταξιακής ανάπτυξης είναι ο αριθμός των ατόμων ανά μονάδα όγκου υλικού στο στρώμα επιταξιακής ανάπτυξης. Παράγοντες όπως η θερμοκρασία, η πίεση και ο τύπος του ημιαγωγικού υποστρώματος επηρεάζουν την επιταξιακή ανάπτυξη. Γενικά, η πυκνότητα του επιταξιακού στρώματος ποικίλλει ανάλογα με τους παραπάνω παράγοντες. Η ταχύτητα με την οποία αναπτύσσεται το επιταξιακό στρώμα ονομάζεται ρυθμός επιταξίας.

Εάν η επιταξία καλλιεργηθεί στη σωστή θέση και προσανατολισμό, ο ρυθμός ανάπτυξης θα είναι υψηλός και το αντίστροφο. Παρόμοια με την πυκνότητα του επιταξιακού στρώματος, ο ρυθμός επιταξίας εξαρτάται επίσης από φυσικούς παράγοντες όπως η θερμοκρασία, η πίεση και ο τύπος του υλικού του υποστρώματος.

Ο επιταξιακός ρυθμός αυξάνεται σε υψηλές θερμοκρασίες και χαμηλές πιέσεις. Ο ρυθμός επιταξίας εξαρτάται επίσης από τον προσανατολισμό της δομής του υποστρώματος, τη συγκέντρωση των αντιδρώντων και την τεχνική ανάπτυξης που χρησιμοποιείται.

Μέθοδοι Διαδικασίας Επιτάξεως

Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι επιταξίας:επίταξη υγρής φάσης (LPE), υβριδική επιταξία ατμιστικής φάσης, επίταση στερεάς φάσης,εναπόθεση ατομικού στρώματος, χημική εναπόθεση ατμών, επιταξία μοριακής δέσμης, κλπ. Ας συγκρίνουμε δύο διαδικασίες επιταξίας: CVD και MBE.

Χημική εναπόθεση ατμών (CVD) Επιτάξια μοριακής δέσμης (MBE)

Χημική διεργασία Φυσική διεργασία

Περιλαμβάνει μια χημική αντίδραση που συμβαίνει όταν ένας πρόδρομος αερίου συναντά ένα θερμαινόμενο υπόστρωμα σε θάλαμο ανάπτυξης ή αντιδραστήρα Το υλικό που πρόκειται να εναποτεθεί θερμαίνεται υπό συνθήκες κενού

Ακριβής έλεγχος της διαδικασίας ανάπτυξης του φιλμ Ακριβής έλεγχος του πάχους και της σύνθεσης του αναπτυσσόμενου στρώματος

Για εφαρμογές που απαιτούν επιταξιακές στρώσεις υψηλής ποιότητας Για εφαρμογές που απαιτούν εξαιρετικά λεπτά επιταξιακά στρώματα

Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος Πιο ακριβή μέθοδος

Χημική διεργασία Φυσική διεργασία

Περιλαμβάνει μια χημική αντίδραση που συμβαίνει όταν ένας πρόδρομος αερίου συναντά ένα θερμαινόμενο υπόστρωμα σε θάλαμο ανάπτυξης ή αντιδραστήρα Το υλικό που πρόκειται να εναποτεθεί θερμαίνεται υπό συνθήκες κενού

Ακριβής έλεγχος της διαδικασίας ανάπτυξης λεπτής μεμβράνης Ακριβής έλεγχος του πάχους και της σύνθεσης του αναπτυσσόμενου στρώματος

Χρησιμοποιείται σε εφαρμογές που απαιτούν επιταξιακά στρώματα υψηλής ποιότητας Χρησιμοποιείται σε εφαρμογές που απαιτούν εξαιρετικά λεπτά επιταξιακά στρώματα

Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος Πιο ακριβή μέθοδος

Η διαδικασία της επιταξίας είναι κρίσιμη στην κατασκευή ημιαγωγών. βελτιστοποιεί την απόδοση του

συσκευές ημιαγωγών και ολοκληρωμένα κυκλώματα. Είναι μια από τις κύριες διαδικασίες στην κατασκευή συσκευών ημιαγωγών που επηρεάζει την ποιότητα, τα χαρακτηριστικά και την ηλεκτρική απόδοση της συσκευής.