Was ist ein Halbleiterepitaxieprozess?

Es ist ideal, um integrierte Schaltkreise oder Halbleiterbauelemente auf einer perfekt kristallinen Basisschicht aufzubauen. DerEpitaxieDer (Epi-)Prozess in der Halbleiterfertigung zielt darauf ab, eine feine einkristalline Schicht, üblicherweise etwa 0,5 bis 20 Mikrometer, auf einem einkristallinen Substrat abzuscheiden. Der Epitaxieprozess ist ein wichtiger Schritt bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere bei der Herstellung von Siliziumwafern.

Epitaxie (Epi)-Prozess in der Halbleiterfertigung

Überblick über Epitaxie in der Halbleiterfertigung

Was ist das? Der Epitaxieprozess (Epi) in der Halbleiterfertigung ermöglicht das Wachstum einer dünnen kristallinen Schicht in einer bestimmten Ausrichtung auf einem kristallinen Substrat.

Ziel Bei der Halbleiterfertigung besteht das Ziel des Epitaxieprozesses darin, den Elektronentransport durch das Gerät effizienter zu gestalten. Beim Aufbau von Halbleiterbauelementen werden Epitaxieschichten verwendet, um die Struktur zu verfeinern und gleichmäßig zu machen.

Verarbeiten Sie dieEpitaxieDer Prozess ermöglicht das Wachstum epitaktischer Schichten höherer Reinheit auf einem Substrat aus demselben Material. Bei einigen Halbleitermaterialien, beispielsweise Heterojunction-Bipolartransistoren (HBTs) oder Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), wird der Epitaxieprozess verwendet, um eine Schicht aus einem anderen Material als dem Substrat wachsen zu lassen. Es ist der Epitaxieprozess, der es ermöglicht, eine dotierte Schicht mit geringer Dichte auf einer Schicht aus hochdotiertem Material wachsen zu lassen.

Überblick über den Epitaxieprozess in der Halbleiterfertigung

Was es ist: Der Epitaxieprozess (Epi) in der Halbleiterfertigung ermöglicht das Wachstum einer dünnen kristallinen Schicht in einer bestimmten Ausrichtung auf einem kristallinen Substrat.

Ziel des Epitaxieprozesses in der Halbleiterfertigung ist es, den Elektronentransport durch das Gerät effizienter zu gestalten. Beim Aufbau von Halbleiterbauelementen werden Epitaxieschichten verwendet, um die Struktur zu verfeinern und gleichmäßig zu machen.

Der Epitaxieprozess ermöglicht das Wachstum epitaktischer Schichten höherer Reinheit auf einem Substrat aus demselben Material. Bei einigen Halbleitermaterialien, beispielsweise Heterojunction-Bipolartransistoren (HBTs) oder Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), wird der Epitaxieprozess verwendet, um eine Schicht aus einem anderen Material als dem Substrat wachsen zu lassen. Es ist der Epitaxieprozess, der es ermöglicht, eine niedrigdichte dotierte Schicht auf einer Schicht aus hochdotiertem Material wachsen zu lassen.

Arten epitaktischer Prozesse in der Halbleiterfertigung

Beim Epitaxieverfahren wird die Wachstumsrichtung durch den darunter liegenden Substratkristall bestimmt. Je nach Wiederholung der Abscheidung können eine oder mehrere Epitaxieschichten vorhanden sein. Epitaxieprozesse können verwendet werden, um dünne Materialschichten zu bilden, die in ihrer chemischen Zusammensetzung und Struktur mit dem darunter liegenden Substrat übereinstimmen oder sich davon unterscheiden.

Zwei Arten von Epi-Prozessen

EigenschaftenHomoepitaxie Heteroepitaxie

Wachstumsschichten Die epitaktische Wachstumsschicht besteht aus demselben Material wie die Substratschicht. Die epitaktische Wachstumsschicht besteht aus einem anderen Material als die Substratschicht

Kristallstruktur und Gitter Die Kristallstruktur und die Gitterkonstante des Substrats und der Epitaxieschicht sind gleich. Die Kristallstruktur und die Gitterkonstante des Substrats und der Epitaxieschicht sind unterschiedlich

Beispiele Epitaktisches Wachstum von hochreinem Silizium auf Siliziumsubstrat Epitaktisches Wachstum von Galliumarsenid auf Siliziumsubstrat

Anwendungen Halbleiterbauelementstrukturen, die Schichten unterschiedlicher Dotierung oder reine Filme auf weniger reinen Substraten erfordern. Halbleiterbauelementstrukturen, die Schichten unterschiedlicher Materialien erfordern oder kristalline Filme aus Materialien bilden, die nicht als Einkristalle erhalten werden können

Zwei Arten von Epi-Prozessen

Merkmale Homoepitaxie Heteroepitaxie

Wachstumsschicht Die epitaktische Wachstumsschicht besteht aus demselben Material wie die Substratschicht. Die epitaktische Wachstumsschicht besteht aus einem anderen Material als die Substratschicht

Kristallstruktur und Gitter Die Kristallstruktur und die Gitterkonstante des Substrats und der Epitaxieschicht sind gleich. Die Kristallstruktur und die Gitterkonstante des Substrats und der Epitaxieschicht sind unterschiedlich

Beispiele Epitaktisches Wachstum von hochreinem Silizium auf Siliziumsubstrat. Epitaktisches Wachstum von Galliumarsenid auf Siliziumsubstrat

Anwendungen Halbleiterbauelementstrukturen, die Schichten unterschiedlicher Dotierung oder reine Filme auf weniger reinen Substraten erfordern Halbleiterbauelementstrukturen, die Schichten unterschiedlicher Materialien erfordern oder kristalline Filme aus Materialien bilden, die nicht als Einkristalle erhalten werden können

Faktoren, die epitaktische Prozesse in der Halbleiterfertigung beeinflussen

Beschreibung der Faktoren

Die Temperatur beeinflusst die Epitaxierate und die Epitaxieschichtdichte. Die für den Epitaxieprozess erforderliche Temperatur liegt über der Raumtemperatur und der Wert hängt von der Art der Epitaxie ab.

Der Druck beeinflusst die Epitaxierate und die Epitaxieschichtdichte.

Defekte Defekte in der Epitaxie führen zu defekten Wafern. Für ein defektfreies Epitaxieschichtwachstum sollten die für den Epitaxieprozess erforderlichen physikalischen Bedingungen eingehalten werden.

Gewünschte Position Der Epitaxieprozess sollte an der richtigen Position des Kristalls wachsen. Die Bereiche, in denen während des Prozesses kein Wachstum erwünscht ist, sollten ordnungsgemäß beschichtet werden, um Wachstum zu verhindern.

Selbstdotierung Da der Epitaxieprozess bei hohen Temperaturen durchgeführt wird, können Dotierstoffatome möglicherweise Veränderungen im Material bewirken.

Faktorbeschreibung

Die Temperatur beeinflusst die Epitaxierate und die Dichte der Epitaxieschicht. Die für den Epitaxieprozess erforderliche Temperatur liegt über der Raumtemperatur und der Wert hängt von der Art der Epitaxie ab.

Der Druck beeinflusst die Epitaxierate und die Epitaxieschichtdichte.

Defekte Defekte in der Epitaxie führen zu defekten Wafern. Für ein defektfreies Wachstum der Epitaxieschicht sollten die für den Epitaxieprozess erforderlichen physikalischen Bedingungen eingehalten werden.

Gewünschter Ort Der Epitaxieprozess sollte an der richtigen Stelle des Kristalls wachsen. Bereiche, in denen während dieses Prozesses kein Wachstum erwünscht ist, sollten ordnungsgemäß beschichtet werden, um Wachstum zu verhindern.

Selbstdotierung Da der Epitaxieprozess bei hohen Temperaturen durchgeführt wird, können Dotierstoffatome möglicherweise Veränderungen im Material bewirken.

Epitaxiedichte und -rate

Die Dichte des epitaktischen Wachstums ist die Anzahl der Atome pro Volumeneinheit Material in der epitaktischen Wachstumsschicht. Faktoren wie Temperatur, Druck und die Art des Halbleitersubstrats beeinflussen das epitaktische Wachstum. Im Allgemeinen variiert die Dichte der Epitaxieschicht mit den oben genannten Faktoren. Die Geschwindigkeit, mit der die Epitaxieschicht wächst, wird Epitaxierate genannt.

Wenn die Epitaxie an der richtigen Stelle und Ausrichtung angebracht wird, ist die Wachstumsrate hoch und umgekehrt. Ähnlich wie die Epitaxieschichtdichte hängt auch die Epitaxierate von physikalischen Faktoren wie Temperatur, Druck und Art des Substratmaterials ab.

Die Epitaxierate steigt bei hohen Temperaturen und niedrigen Drücken. Die Epitaxierate hängt auch von der Ausrichtung der Substratstruktur, der Konzentration der Reaktanten und der verwendeten Wachstumstechnik ab.

Epitaxie-Prozessmethoden

Es gibt verschiedene Epitaxiemethoden:Flüssigphasenepitaxie (LPE), Hybrid-Dampfphasenepitaxie, Festphasenepitaxie,Atomlagenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, Molekularstrahlepitaxieusw. Vergleichen wir zwei Epitaxieprozesse: CVD und MBE.

Chemische Gasphasenabscheidung (CVD) Molekularstrahlepitaxie (MBE)

Chemischer Prozess Physikalischer Prozess

Dabei handelt es sich um eine chemische Reaktion, die auftritt, wenn ein Gasvorläufer in einer Wachstumskammer oder einem Reaktor auf ein erhitztes Substrat trifft. Das abzuscheidende Material wird unter Vakuumbedingungen erhitzt

Präzise Kontrolle des Filmwachstumsprozesses. Präzise Kontrolle der Dicke und Zusammensetzung der gewachsenen Schicht

Für Anwendungen, die hochwertige Epitaxieschichten erfordern. Für Anwendungen, die extrem feine Epitaxieschichten erfordern

Am häufigsten verwendete Methode. Teurere Methode

Chemischer Prozess Physikalischer Prozess

Dabei handelt es sich um eine chemische Reaktion, die auftritt, wenn ein Gasvorläufer in einer Wachstumskammer oder einem Reaktor auf ein erhitztes Substrat trifft. Das abzuscheidende Material wird unter Vakuumbedingungen erhitzt

Präzise Steuerung des Dünnschichtwachstumsprozesses. Präzise Steuerung der Dicke und Zusammensetzung der gewachsenen Schicht

Wird in Anwendungen verwendet, die hochwertige Epitaxieschichten erfordern. Wird in Anwendungen verwendet, die extrem feine Epitaxieschichten erfordern

Am häufigsten verwendete Methode. Teurere Methode

Der Epitaxieprozess ist in der Halbleiterfertigung von entscheidender Bedeutung. Es optimiert die Leistung von

Halbleiterbauelemente und integrierte Schaltkreise. Es handelt sich um einen der Hauptprozesse bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, der sich auf die Qualität, Eigenschaften und elektrische Leistung der Bauelemente auswirkt.