Кремний(Si) эпитаксиясын дайындау технологиясы

Кремний (Si) эпитаксисідайындау технологиясы

Эпитаксиальды өсу дегеніміз не?

·Жалғыз бір кристалды материалдар әртүрлі жартылай өткізгіш құрылғылардың өсіп келе жатқан өндірісінің қажеттіліктерін қанағаттандыра алмайды. 1959 жылдың аяғында жұқа қабатмонокристалматериалды өсіру технологиясы – эпитаксиалды өсу әзірленді.

Эпитаксиалды өсу - белгілі бір жағдайларда кесу, ұнтақтау және жылтырату арқылы мұқият өңделген бір кристалды субстратта талаптарға сәйкес келетін материал қабатын өсіру. Өсетін жалғыз өнім қабаты субстрат торының жалғасы болғандықтан, өсірілген материал қабаты эпитаксиалды қабат деп аталады.

Эпитаксиалды қабаттың қасиеттері бойынша жіктелуі

·Біртекті эпитаксия: Theэпитаксиалды қабатматериалдың консистенциясын сақтайтын және өнімнің жоғары сапалы құрылымы мен электрлік қасиеттеріне қол жеткізуге көмектесетін субстрат материалымен бірдей.

·Гетерогенді эпитаксия: Theэпитаксиалды қабатсубстрат материалынан ерекшеленеді. Сәйкес субстратты таңдау арқылы өсу жағдайларын оңтайландыруға және материалды қолдану ауқымын кеңейтуге болады, бірақ тордың сәйкессіздігі мен термиялық кеңею айырмашылықтарынан туындаған қиындықтарды жеңу керек.

Құрылғының орны бойынша классификация

Позитивті эпитаксия: кристалдық өсу кезінде субстрат материалында эпитаксиалды қабат түзілуін айтады, ал құрылғы эпитаксиалды қабатта жасалады.

Кері эпитаксия: оң эпитаксиядан айырмашылығы, құрылғы тікелей субстратта жасалады, ал эпитаксиалды қабат құрылғы құрылымында қалыптасады.

Қолдану айырмашылықтары: Екеуінің жартылай өткізгіш өндірісінде қолданылуы қажетті материал қасиеттеріне және құрылғы дизайн талаптарына байланысты және әрқайсысы әртүрлі технологиялық ағындар мен техникалық талаптарға сәйкес келеді.

Эпитаксиалды өсу әдісі бойынша жіктелуі

· Тікелей эпитаксия - өсіп келе жатқан материал атомдарын жеткілікті энергия алуы үшін қыздыру, электронды бомбалау немесе сыртқы электр өрісін пайдалану және эпитаксиалды өсуді аяқтау үшін субстрат бетіне тікелей көшу және тұндыру әдісі, мысалы, вакуумдық тұндыру, шашырату, сублимация және т.б. Дегенмен, бұл әдіс жабдыққа қатаң талаптар қояды. Пленканың кедергісі мен қалыңдығының қайталану қабілеті нашар, сондықтан ол кремний эпитаксиалды өндірісінде пайдаланылмаған.

· Жанама эпитаксия – бұл субстрат бетінде эпитаксиалды қабаттарды тұндыру және өсіру үшін химиялық реакцияларды қолдану, оны кең түрде химиялық булардың тұндыру (CVD) деп атайды. Дегенмен, CVD арқылы өсірілген жұқа пленка міндетті түрде бір өнім емес. Сондықтан, қатаң айтқанда, бір қабықшаны өсіретін CVD ғана эпитаксиалды өсу болып табылады. Бұл әдіс қарапайым жабдыққа ие және эпитаксиалды қабаттың әртүрлі параметрлерін басқару оңайырақ және жақсы қайталану мүмкіндігі бар. Қазіргі уақытта кремнийдің эпитаксиалды өсуі негізінен осы әдісті қолданады.

Басқа санаттар

·Эпитаксиалды материалдардың атомдарын субстратқа тасымалдау әдісі бойынша оны вакуумдық эпитаксия, газ фазалық эпитаксис, сұйық фаза эпитаксисі(ЛПЭ) және т.б.

·Фазалық өзгеру процесі бойынша эпитаксияны бөлуге боладыгаз фазасының эпитаксисі, сұйық фаза эпитаксисі, жәнеқатты фаза эпитаксисі.

Эпитаксиалды процесс арқылы шешілетін мәселелер

·Кремнийді эпитаксиалды өсіру технологиясы басталған кезде, кремнийдің жоғары жиілікті және жоғары қуатты транзисторлық өндірісі қиындықтарға тап болған уақыт болды. Транзисторлық принцип тұрғысынан жоғары жиілікті және жоғары қуатты алу үшін коллектордың бұзылу кернеуі жоғары болуы керек және сериялық кедергі аз болуы керек, яғни қанықтыру кернеуінің төмендеуі аз болуы керек. Біріншісі коллектор аймағы материалының меншікті кедергісінің жоғары болуын талап етеді, ал екіншісі коллектор аймағының материалының меншікті кедергісінің төмен болуын талап етеді және екеуі бір-біріне қарама-қайшы. Егер сериялық кедергі коллектор аймағының материалының қалыңдығын жұқарту арқылы азайтылса, кремний пластинасы өңдеуге тым жұқа және нәзік болады. Егер материалдың кедергісі азайса, ол бірінші талапқа қайшы келеді. Эпитаксиалды технология бұл қиындықты сәтті шешті.

Шешімі:

·Өнеркәсіптік қабілеті өте төмен субстратта жоғары кедергісі бар эпитаксиалды қабатты өсіріңіз және құрылғыны эпитаксиалды қабатта жасаңыз. Жоғары кедергісі бар эпитаксиалды қабат түтіктің жоғары бұзылу кернеуіне ие болуын қамтамасыз етеді, ал төмен кедергісі бар субстрат субстраттың кедергісін және қанықтыру кернеуінің төмендеуін азайтады, осылайша екеуінің арасындағы қайшылықты шешеді.

Сонымен қатар, бу фазасының эпитаксисі, сұйық фазаның эпитаксисі, молекулалық сәуленің эпитаксисі және 1-V отбасының, 1-V отбасының металл органикалық қосылыс бу фазасының эпитаксисі және GaAs сияқты басқа да қосылыс жартылай өткізгіш материалдар сияқты эпитаксиялық технологиялар да айтарлықтай дамыған. және микротолқынды пештердің көпшілігін өндіру үшін таптырмайтын технологиялық технологияларға айналдыоптоэлектронды құрылғылар.

Атап айтқанда, молекулярлық сәулені сәтті қолдану жәнеметалл органикалық буультра жұқа қабаттардағы фазалық эпитаксис, суперторлар, кванттық ұңғымалар, деформацияланған үстіңгі торлар және атомдық деңгейдегі жұқа қабат эпитаксисі жартылай өткізгіштерді зерттеудің жаңа саласы «жолақты инженерия» дамуының негізін қалады.

Эпитаксиалды өсудің сипаттамасы

(1) Жоғары (төмен) төзімді эпитаксиалды қабаттарды төмен (жоғары) төзімді субстраттарда эпитаксиалды түрде өсіруге болады.

(2) N(P) эпитаксиалды қабаттарды P(N) субстраттарында PN түйіспелерін тікелей құру үшін өсіруге болады. Диффузия арқылы жалғыз субстраттарда PN түйіспелерін жасау кезінде өтемақы мәселесі болмайды.

(3) Маска технологиясымен біріктірілген таңдамалы эпитаксиалды өсуді арнайы құрылымдары бар интегралды схемалар мен құрылғыларды өндіруге жағдай жасай отырып, белгіленген жерлерде жүзеге асыруға болады.

(4) Допинг түрі мен концентрациясы эпитаксиалды өсу кезінде қажетіне қарай өзгертілуі мүмкін. Концентрацияның өзгеруі күрт немесе біртіндеп болуы мүмкін.

(5) Айнымалы компоненттері бар гетерогенді, көп қабатты, көп компонентті қосылыстардың ультра жұқа қабаттарын өсіруге болады.

(6) Эпитаксиалды өсуді материалдың балқу температурасынан төмен температурада жүргізуге болады. Өсу жылдамдығы басқарылады және атомдық масштабтағы қалыңдықтың эпитаксиалды өсуіне қол жеткізуге болады.

Эпитаксиальды өсуге қойылатын талаптар

(1) беті тегіс және жарық болуы керек, бетінде ашық дақтар, шұңқырлар, тұман дақтары және сырғанау сызықтары сияқты ақауларсыз

(2) Жақсы кристалл тұтастығы, төмен дислокация және қабаттасудың ақауларының тығыздығы. Үшінкремний эпитаксисі, дислокацияның тығыздығы 1000/см2-ден аз болуы керек, қабаттасудың ақаулығының тығыздығы 10/см2-ден аз болуы керек және хром қышқылымен өңдеу ерітіндісімен тот басқаннан кейін беті жарық болып қалуы керек.

(3) Эпитаксиалды қабаттың фон қоспасының концентрациясы төмен болуы керек және аз компенсация қажет болуы керек. Шикізаттың тазалығы жоғары болуы керек, жүйе жақсы тығыздалуы керек, қоршаған орта таза болуы керек және эпитаксиалды қабатқа бөгде қоспалардың енуін болдырмау үшін жұмыс қатаң болуы керек.

(4) Гетерогенді эпитаксия үшін эпитаксиалды қабат пен субстраттың құрамы кенеттен өзгеруі керек (құрамның баяу өзгеруі талабын қоспағанда) және эпитаксиалды қабат пен субстрат арасындағы композицияның өзара диффузиясы барынша азайтылуы керек.

(5) Допинг концентрациясы қатаң бақылануы және эпитаксиалды қабат талаптарға сәйкес келетін біркелкі кедергіге ие болуы үшін біркелкі бөлінуі керек. кедергісі болуы талап етіледіэпитаксиалды пластиналарбір пеште әртүрлі пештерде өсірілген дәйекті болуы керек.

(6) Эпитаксиалды қабаттың қалыңдығы жақсы біркелкі және қайталанатын талаптарға сай болуы керек.

(7) Жерленген қабаты бар субстратта эпитаксиалды өсуден кейін, көмілген қабат үлгісінің бұрмалануы өте аз.

(8) Құрылғылардың жаппай өндірісін жеңілдету және шығындарды азайту үшін эпитаксиалды пластинаның диаметрі мүмкіндігінше үлкен болуы керек.

(9) Жылу тұрақтылығықұрама жартылай өткізгіш эпитаксиалды қабаттаржәне гетеройысу эпитаксисі жақсы.