Silizium(Si)-Epitaxie-Vorbereitungstechnologie

Silizium(Si)-EpitaxieAufbereitungstechnik

Was ist epitaktisches Wachstum?

·Einkristalline Materialien allein können den Bedarf der wachsenden Produktion verschiedener Halbleiterbauelemente nicht decken. Ende 1959 bildete sich eine dünne SchichtEinkristallMaterialwachstumstechnologie – epitaktisches Wachstum wurde entwickelt.

Beim epitaktischen Wachstum wird eine den Anforderungen entsprechende Materialschicht auf einem Einkristallsubstrat wachsen gelassen, das unter bestimmten Bedingungen sorgfältig durch Schneiden, Schleifen und Polieren bearbeitet wurde. Da die gewachsene Einzelproduktschicht eine Erweiterung des Substratgitters darstellt, wird die gewachsene Materialschicht als Epitaxieschicht bezeichnet.

Klassifizierung nach den Eigenschaften der Epitaxieschicht

·Homogene Epitaxie: DerEpitaxieschichtist das gleiche wie das Substratmaterial, das die Konsistenz des Materials beibehält und dazu beiträgt, eine hochwertige Produktstruktur und elektrische Eigenschaften zu erreichen.

·Heterogene Epitaxie: DerEpitaxieschichtvom Untergrundmaterial abweicht. Durch die Auswahl eines geeigneten Substrats können die Wachstumsbedingungen optimiert und der Anwendungsbereich des Materials erweitert werden, allerdings müssen die Herausforderungen durch Gitterfehlanpassungen und Unterschiede in der Wärmeausdehnung überwunden werden.

Klassifizierung nach Geräteposition

Positive Epitaxie: bezieht sich auf die Bildung einer Epitaxieschicht auf dem Substratmaterial während des Kristallwachstums, und das Gerät wird auf der Epitaxieschicht hergestellt.

Umgekehrte Epitaxie: Im Gegensatz zur positiven Epitaxie wird das Bauelement direkt auf dem Substrat hergestellt, während die Epitaxieschicht auf der Bauelementstruktur gebildet wird.

Anwendungsunterschiede: Die Anwendung der beiden in der Halbleiterfertigung hängt von den erforderlichen Materialeigenschaften und Anforderungen an das Gerätedesign ab und ist jeweils für unterschiedliche Prozessabläufe und technische Anforderungen geeignet.

Klassifizierung nach epitaktischer Wachstumsmethode

· Bei der direkten Epitaxie handelt es sich um eine Methode, bei der Erhitzen, Elektronenbeschuss oder ein externes elektrisches Feld eingesetzt werden, damit die Atome des wachsenden Materials genügend Energie erhalten und direkt wandern und sich auf der Substratoberfläche ablagern, um das epitaktische Wachstum abzuschließen, z. B. durch Vakuumabscheidung, Sputtern, Sublimation usw Diese Methode stellt jedoch strenge Anforderungen an die Ausrüstung. Der spezifische Widerstand und die Dicke des Films weisen eine schlechte Wiederholbarkeit auf, sodass er nicht in der epitaktischen Siliziumproduktion verwendet wurde.

· Indirekte Epitaxie ist die Nutzung chemischer Reaktionen zur Abscheidung und zum Wachstum epitaktischer Schichten auf der Substratoberfläche, was allgemein als chemische Gasphasenabscheidung (CVD) bezeichnet wird. Der durch CVD erzeugte Dünnfilm ist jedoch nicht unbedingt ein einzelnes Produkt. Streng genommen handelt es sich daher nur bei der CVD, bei der ein einzelner Film aufgewachsen wird, um ein epitaktisches Wachstum. Dieses Verfahren verfügt über eine einfache Ausrüstung und die verschiedenen Parameter der Epitaxieschicht sind einfacher zu kontrollieren und weisen eine gute Wiederholbarkeit auf. Derzeit wird diese Methode hauptsächlich beim epitaktischen Wachstum von Silizium verwendet.

Andere Kategorien

·Je nach der Methode zum Transport von Atomen epitaktischer Materialien zum Substrat kann sie in Vakuumepitaxie, Gasphasenepitaxie, Flüssigphasenepitaxie (LPE) usw. unterteilt werden.

·Entsprechend dem Phasenwechselprozess kann die Epitaxie unterteilt werden inGasphasenepitaxie, Flüssigphasenepitaxie, UndFestphasenepitaxie.

Durch Epitaxieverfahren gelöste Probleme

·Als die Silizium-Epitaxie-Wachstumstechnologie begann, stieß die Herstellung von Silizium-Hochfrequenz- und Hochleistungstransistoren auf Schwierigkeiten. Aus Sicht des Transistorprinzips muss die Kollektordurchbruchspannung hoch und der Serienwiderstand klein sein, um eine hohe Frequenz und eine hohe Leistung zu erzielen, d. h. der Sättigungsspannungsabfall muss gering sein. Ersteres erfordert einen hohen spezifischen Widerstand des Kollektorflächenmaterials, während letzteres einen niedrigen spezifischen Widerstand des Kollektorflächenmaterials erfordert, und die beiden sind widersprüchlich. Wenn der Serienwiderstand durch eine Verringerung der Dicke des Kollektorflächenmaterials verringert wird, wird der Siliziumwafer zu dünn und zerbrechlich, um verarbeitet zu werden. Wenn der spezifische Widerstand des Materials verringert wird, widerspricht dies der ersten Anforderung. Die Epitaxie-Technologie hat dieses Problem erfolgreich gelöst.

Lösung:

·Züchten Sie eine Epitaxieschicht mit hohem spezifischem Widerstand auf einem Substrat mit extrem niedrigem spezifischem Widerstand und stellen Sie das Gerät auf der Epitaxieschicht her. Die Epitaxieschicht mit hohem spezifischem Widerstand sorgt dafür, dass die Röhre eine hohe Durchbruchspannung aufweist, während das Substrat mit niedrigem spezifischem Widerstand den Widerstand des Substrats und den Sättigungsspannungsabfall verringert und so den Widerspruch zwischen beiden löst.

Darüber hinaus wurden auch Epitaxietechnologien wie Dampfphasenepitaxie, Flüssigphasenepitaxie, Molekularstrahlepitaxie und Dampfphasenepitaxie mit metallorganischen Verbindungen der 1-V-Familie, der 1-V-Familie und anderer Verbindungshalbleitermaterialien wie GaAs stark entwickelt und sind zu unverzichtbaren Prozesstechnologien für die Herstellung der meisten Mikrowellen- und Mikrowellengeräte gewordenoptoelektronische Geräte.

Insbesondere die erfolgreiche Anwendung von Molekularstrahlen undmetallorganischer DampfDie Phasenepitaxie in ultradünnen Schichten, Übergittern, Quantentöpfen, verspannten Übergittern und der Dünnschichtepitaxie auf atomarer Ebene hat den Grundstein für die Entwicklung eines neuen Gebiets der Halbleiterforschung gelegt, des „Band Engineering“.

Merkmale des epitaktischen Wachstums

(1) Epitaxieschichten mit hohem (niedrigem) Widerstand können epitaktisch auf Substraten mit niedrigem (hohem) Widerstand gezüchtet werden.

(2) N(P)-Epitaxieschichten können auf P(N)-Substraten aufgewachsen werden, um direkt PN-Übergänge zu bilden. Bei der Herstellung von PN-Übergängen auf einzelnen Substraten durch Diffusion gibt es kein Kompensationsproblem.

(3) In Kombination mit der Maskentechnologie kann ein selektives epitaktisches Wachstum in bestimmten Bereichen durchgeführt werden, wodurch Bedingungen für die Herstellung integrierter Schaltkreise und Geräte mit speziellen Strukturen geschaffen werden.

(4) Art und Konzentration der Dotierung können während des epitaktischen Wachstums je nach Bedarf geändert werden. Die Konzentrationsänderung kann abrupt oder allmählich erfolgen.

(5) Es können ultradünne Schichten heterogener, mehrschichtiger Mehrkomponentenverbindungen mit variablen Komponenten gezüchtet werden.

(6) Epitaktisches Wachstum kann bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Materials durchgeführt werden. Die Wachstumsrate ist kontrollierbar und es kann ein epitaktisches Wachstum mit einer Dicke im atomaren Maßstab erreicht werden.

Voraussetzungen für epitaktisches Wachstum

(1) Die Oberfläche sollte flach und hell sein, ohne Oberflächenfehler wie helle Flecken, Grübchen, Nebelflecken und Gleitlinien

(2) Gute Kristallintegrität, geringe Versetzungs- und Stapelfehlerdichte. FürSiliziumepitaxieDie Versetzungsdichte sollte weniger als 1000/cm2 betragen, die Stapelfehlerdichte sollte weniger als 10/cm2 betragen und die Oberfläche sollte nach der Korrosion durch Chromsäure-Ätzlösung hell bleiben.

(3) Die Hintergrundverunreinigungskonzentration der Epitaxieschicht sollte niedrig sein und eine geringere Kompensation erforderlich sein. Die Reinheit des Rohmaterials sollte hoch sein, das System sollte gut abgedichtet sein, die Umgebung sollte sauber sein und der Betrieb sollte streng sein, um den Einbau fremder Verunreinigungen in die Epitaxieschicht zu vermeiden.

(4) Bei der heterogenen Epitaxie sollte sich die Zusammensetzung der Epitaxieschicht und des Substrats plötzlich ändern (mit Ausnahme der Anforderung einer langsamen Zusammensetzungsänderung) und die gegenseitige Diffusion der Zusammensetzung zwischen der Epitaxieschicht und dem Substrat sollte minimiert werden.

(5) Die Dotierungskonzentration sollte streng kontrolliert und gleichmäßig verteilt werden, damit die Epitaxieschicht einen gleichmäßigen spezifischen Widerstand aufweist, der den Anforderungen entspricht. Es ist erforderlich, dass der Widerstand vonepitaktische WaferIn verschiedenen Öfen im selben Ofen gezüchtet, sollte konsistent sein.

(6) Die Dicke der Epitaxieschicht sollte den Anforderungen entsprechen und eine gute Gleichmäßigkeit und Wiederholbarkeit aufweisen.

(7) Nach epitaktischem Wachstum auf einem Substrat mit einer vergrabenen Schicht ist die Verzerrung des Musters der vergrabenen Schicht sehr gering.

(8) Der Durchmesser des Epitaxiewafers sollte so groß wie möglich sein, um die Massenproduktion von Geräten zu erleichtern und die Kosten zu senken.

(9) Die thermische Stabilität vonepitaktische Verbindungshalbleiterschichtenund die Heteroübergangsepitaxie ist gut.