Τεχνολογία προετοιμασίας επιταξίας πυριτίου (Si).

Πυριτίου (Si) επιταξίατεχνολογία προετοιμασίας

Τι είναι η επιταξιακή ανάπτυξη;

·Τα μονοκρυσταλλικά υλικά από μόνα τους δεν μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες της αυξανόμενης παραγωγής διαφόρων συσκευών ημιαγωγών. Στα τέλη του 1959, ένα λεπτό στρώμα απόμονοκρύσταλλοτεχνολογία ανάπτυξης υλικού - αναπτύχθηκε επιταξιακή ανάπτυξη.

Η επιταξιακή ανάπτυξη είναι η ανάπτυξη ενός στρώματος υλικού που πληροί τις απαιτήσεις σε ένα μόνο κρυσταλλικό υπόστρωμα που έχει υποστεί προσεκτική επεξεργασία με κοπή, λείανση και στίλβωση υπό ορισμένες συνθήκες. Δεδομένου ότι το αναπτυσσόμενο στρώμα προϊόντος είναι μια προέκταση του πλέγματος υποστρώματος, το στρώμα αναπτυσσόμενου υλικού ονομάζεται επιταξιακό στρώμα.

Ταξινόμηση με βάση τις ιδιότητες του επιταξιακού στρώματος

·Ομοιογενής επιταξία: Οεπιταξιακό στρώμαείναι το ίδιο με το υλικό του υποστρώματος, το οποίο διατηρεί τη συνοχή του υλικού και βοηθά στην επίτευξη υψηλής ποιότητας δομής προϊόντος και ηλεκτρικών ιδιοτήτων.

·Ετερογενής επιταξία: Οεπιταξιακό στρώμαδιαφέρει από το υλικό του υποστρώματος. Επιλέγοντας ένα κατάλληλο υπόστρωμα, οι συνθήκες ανάπτυξης μπορούν να βελτιστοποιηθούν και το εύρος εφαρμογής του υλικού μπορεί να επεκταθεί, αλλά οι προκλήσεις που προκαλούνται από την αναντιστοιχία πλέγματος και τις διαφορές θερμικής διαστολής πρέπει να ξεπεραστούν.

Ταξινόμηση ανά θέση συσκευής

Θετική επιταξία: αναφέρεται στον σχηματισμό επιταξιακού στρώματος στο υλικό του υποστρώματος κατά την ανάπτυξη κρυστάλλων και η συσκευή κατασκευάζεται πάνω στο επιταξιακό στρώμα.

Αντίστροφη επιταξία: Σε αντίθεση με τη θετική επιταξία, η συσκευή κατασκευάζεται απευθείας στο υπόστρωμα, ενώ η επιταξιακή στρώση σχηματίζεται στη δομή της συσκευής.

Διαφορές εφαρμογής: Η εφαρμογή και των δύο στην κατασκευή ημιαγωγών εξαρτάται από τις απαιτούμενες ιδιότητες υλικού και τις απαιτήσεις σχεδιασμού της συσκευής και το καθένα είναι κατάλληλο για διαφορετικές ροές διεργασιών και τεχνικές απαιτήσεις.

Ταξινόμηση με μέθοδο επιταξιακής ανάπτυξης

· Η άμεση επιταξία είναι μια μέθοδος χρήσης θέρμανσης, βομβαρδισμού ηλεκτρονίων ή εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου για να κάνει τα άτομα του αναπτυσσόμενου υλικού να αποκτήσουν αρκετή ενέργεια και να μεταναστεύσουν και να εναποθέσουν απευθείας στην επιφάνεια του υποστρώματος για να ολοκληρώσουν την επιταξιακή ανάπτυξη, όπως εναπόθεση υπό κενό, εκτόξευση, εξάχνωση κ.λπ. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος έχει αυστηρές απαιτήσεις για τον εξοπλισμό. Η ειδική αντίσταση και το πάχος της μεμβράνης έχουν κακή επαναληψιμότητα, επομένως δεν έχει χρησιμοποιηθεί στην επιταξιακή παραγωγή πυριτίου.

· Έμμεση επιταξία είναι η χρήση χημικών αντιδράσεων για την εναπόθεση και την ανάπτυξη επιταξιακών στρωμάτων στην επιφάνεια του υποστρώματος, η οποία ονομάζεται ευρέως χημική εναπόθεση ατμών (CVD). Ωστόσο, η λεπτή μεμβράνη που αναπτύσσεται με CVD δεν είναι απαραίτητα ένα μόνο προϊόν. Επομένως, αυστηρά μιλώντας, μόνο η καρδιαγγειακή νόσος που αναπτύσσεται σε ένα μόνο φιλμ είναι επιταξιακή ανάπτυξη. Αυτή η μέθοδος έχει απλό εξοπλισμό και οι διάφορες παράμετροι του επιταξιακού στρώματος είναι πιο εύκολο να ελεγχθούν και έχουν καλή επαναληψιμότητα. Επί του παρόντος, η επιταξιακή ανάπτυξη πυριτίου χρησιμοποιεί κυρίως αυτή τη μέθοδο.

Άλλες κατηγορίες

·Σύμφωνα με τη μέθοδο μεταφοράς ατόμων επιταξιακών υλικών στο υπόστρωμα, μπορεί να χωριστεί σε επιταξία κενού, επιταξία αέριας φάσης, επιταξία υγρής φάσης (LPE) κ.λπ.

·Σύμφωνα με τη διαδικασία αλλαγής φάσης, η επιταξία μπορεί να χωριστεί σεεπιταξία αέριας φάσης, υγρής φάσης επιταξία, καιεπίταξη στερεάς φάσης.

Προβλήματα που επιλύονται με επιταξιακή διαδικασία

·Όταν ξεκίνησε η τεχνολογία επιταξιακής ανάπτυξης πυριτίου, ήταν η εποχή που η κατασκευή τρανζίστορ υψηλής συχνότητας και υψηλής ισχύος πυριτίου αντιμετώπισε δυσκολίες. Από την άποψη της αρχής του τρανζίστορ, για να αποκτήσετε υψηλή συχνότητα και υψηλή ισχύ, η τάση διάσπασης του συλλέκτη πρέπει να είναι υψηλή και η αντίσταση σειράς πρέπει να είναι μικρή, δηλαδή, η πτώση τάσης κορεσμού πρέπει να είναι μικρή. Η πρώτη απαιτεί η ειδική αντίσταση του υλικού της περιοχής συλλέκτη να είναι υψηλή, ενώ η δεύτερη απαιτεί η ειδική αντίσταση του υλικού της περιοχής συλλέκτη να είναι χαμηλή και τα δύο είναι αντιφατικά. Εάν η αντίσταση σειράς μειωθεί με την αραίωση του πάχους του υλικού της περιοχής συλλέκτη, η γκοφρέτα πυριτίου θα είναι πολύ λεπτή και εύθραυστη για να υποστεί επεξεργασία. Εάν η ειδική αντίσταση του υλικού μειωθεί, θα έρχεται σε αντίθεση με την πρώτη απαίτηση. Η επιταξιακή τεχνολογία έχει λύσει με επιτυχία αυτή τη δυσκολία.

Λύση:

·Αναπτύξτε ένα επιταξιακό στρώμα υψηλής ειδικής αντίστασης σε ένα υπόστρωμα με εξαιρετικά χαμηλή ειδική αντίσταση και κατασκευάστε τη συσκευή στο επιταξιακό στρώμα. Το επιταξιακό στρώμα υψηλής αντίστασης διασφαλίζει ότι ο σωλήνας έχει υψηλή τάση διάσπασης, ενώ το υπόστρωμα χαμηλής ειδικής αντίστασης μειώνει την αντίσταση του υποστρώματος και την πτώση τάσης κορεσμού, λύνοντας έτσι την αντίφαση μεταξύ των δύο.

Επιπλέον, οι επιταξιακές τεχνολογίες όπως η επιταξία ατμού φάσης, η επιταξία υγρής φάσης, η επιταξία μοριακής δέσμης και η επιταξία φάσης ατμού οργανικής μετάλλου της οικογένειας 1-V, της οικογένειας 1-V και άλλα σύνθετα υλικά ημιαγωγών όπως τα GaAs έχουν επίσης αναπτυχθεί σε μεγάλο βαθμό. και έχουν γίνει απαραίτητες τεχνολογίες διεργασιών για την κατασκευή των περισσότερων μικροκυμάτων καιοπτοηλεκτρονικές συσκευές.

Ειδικότερα, η επιτυχής εφαρμογή της μοριακής δέσμης καιμεταλλικός οργανικός ατμόςη επίταση φάσης σε εξαιρετικά λεπτά στρώματα, υπερδικτυώματα, κβαντικά φρεάτια, τεντωμένα υπερδικτυώματα και επίταση λεπτού στρώματος ατομικού επιπέδου έθεσαν τα θεμέλια για την ανάπτυξη ενός νέου πεδίου έρευνας ημιαγωγών, της «μηχανικής ζώνης».

Χαρακτηριστικά επιταξιακής ανάπτυξης

(1) Επιταξιακά στρώματα υψηλής (χαμηλής) αντίστασης μπορούν να αναπτυχθούν επιταξιακά σε υποστρώματα χαμηλής (υψηλής) αντίστασης.

(2) Τα επιταξιακά στρώματα N(P) μπορούν να αναπτυχθούν σε υποστρώματα P(N) για να σχηματίσουν απευθείας συνδέσεις PN. Δεν υπάρχει πρόβλημα αντιστάθμισης όταν πραγματοποιούνται συνδέσεις PN σε μεμονωμένα υποστρώματα με διάχυση.

(3) Σε συνδυασμό με την τεχνολογία μάσκας, η επιλεκτική επιταξιακή ανάπτυξη μπορεί να πραγματοποιηθεί σε καθορισμένες περιοχές, δημιουργώντας συνθήκες για την παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και συσκευών με ειδικές δομές.

(4) Ο τύπος και η συγκέντρωση του ντόπινγκ μπορούν να αλλάξουν ανάλογα με τις ανάγκες κατά την επιταξιακή ανάπτυξη. Η αλλαγή συγκέντρωσης μπορεί να είναι απότομη ή σταδιακή.

(5) Μπορούν να αναπτυχθούν εξαιρετικά λεπτά στρώματα ετερογενών, πολλαπλών στρωμάτων, ενώσεων πολλαπλών συστατικών με μεταβλητά συστατικά.

(6) Η επιταξιακή ανάπτυξη μπορεί να πραγματοποιηθεί σε θερμοκρασία κάτω από το σημείο τήξης του υλικού. Ο ρυθμός ανάπτυξης είναι ελεγχόμενος και μπορεί να επιτευχθεί επιταξιακή ανάπτυξη πάχους ατομικής κλίμακας.

Απαιτήσεις για επιταξιακή ανάπτυξη

(1) Η επιφάνεια πρέπει να είναι επίπεδη και φωτεινή, χωρίς επιφανειακά ελαττώματα όπως φωτεινά σημεία, κοιλώματα, λεκέδες ομίχλης και γραμμές ολίσθησης

(2) Καλή ακεραιότητα κρυστάλλου, χαμηλή εξάρθρωση και πυκνότητα σφάλματος στοίβαξης. Γιαεπιταξία πυριτίου, η πυκνότητα εξάρθρωσης πρέπει να είναι μικρότερη από 1000/cm2, η πυκνότητα σφάλματος στοίβαξης πρέπει να είναι μικρότερη από 10/cm2 και η επιφάνεια πρέπει να παραμένει φωτεινή αφού διαβρωθεί από το διάλυμα χάραξης χρωμικού οξέος.

(3) Η συγκέντρωση ακαθαρσιών υποβάθρου του επιταξιακού στρώματος θα πρέπει να είναι χαμηλή και θα πρέπει να απαιτείται μικρότερη αντιστάθμιση. Η καθαρότητα της πρώτης ύλης πρέπει να είναι υψηλή, το σύστημα πρέπει να είναι καλά σφραγισμένο, το περιβάλλον πρέπει να είναι καθαρό και η λειτουργία πρέπει να είναι αυστηρή για να αποφεύγεται η ενσωμάτωση ξένων ακαθαρσιών στο επιταξιακό στρώμα.

(4) Για ετερογενή επιταξία, η σύνθεση της επιταξιακής στρώσης και του υποστρώματος θα πρέπει να αλλάξει ξαφνικά (εκτός από την απαίτηση αργής αλλαγής της σύνθεσης) και η αμοιβαία διάχυση της σύνθεσης μεταξύ της επιταξιακής στιβάδας και του υποστρώματος θα πρέπει να ελαχιστοποιηθεί.

(5) Η συγκέντρωση ντόπινγκ θα πρέπει να ελέγχεται αυστηρά και να κατανέμεται ομοιόμορφα έτσι ώστε το επιταξιακό στρώμα να έχει ομοιόμορφη ειδική αντίσταση που να πληροί τις απαιτήσεις. Απαιτείται η ειδική αντίσταση τουεπιταξιακές γκοφρέτεςπου καλλιεργούνται σε διαφορετικούς φούρνους στον ίδιο φούρνο θα πρέπει να είναι συνεπείς.

(6) Το πάχος του επιταξιακού στρώματος πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις, με καλή ομοιομορφία και επαναληψιμότητα.

(7) Μετά την επιταξιακή ανάπτυξη σε ένα υπόστρωμα με ένα θαμμένο στρώμα, η παραμόρφωση του σχεδίου θαμμένου στρώματος είναι πολύ μικρή.

(8) Η διάμετρος της επιταξιακής γκοφρέτας πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερη για να διευκολυνθεί η μαζική παραγωγή συσκευών και να μειωθεί το κόστος.

(9) Η θερμική σταθερότητα τουσύνθετα ημιαγωγικά επιταξιακά στρώματακαι η ετεροσυνδετική επιταξία είναι καλή.