Teknologi persiapan epitaksi silikon (Si).

Epitaksi silikon(Si).teknologi persiapan

Apa itu pertumbuhan epitaksial?

·Bahan kristal tunggal saja tidak dapat memenuhi kebutuhan produksi berbagai perangkat semikonduktor yang terus meningkat. Pada akhir tahun 1959, lapisan tipiskristal tunggalteknologi pertumbuhan material - pertumbuhan epitaksi dikembangkan.

Pertumbuhan epitaksi adalah menumbuhkan lapisan material yang memenuhi persyaratan pada substrat kristal tunggal yang telah diproses secara cermat dengan cara dipotong, digiling, dan dipoles dalam kondisi tertentu. Karena lapisan produk tunggal yang ditumbuhkan merupakan perpanjangan dari kisi substrat, lapisan bahan yang ditumbuhkan disebut lapisan epitaksial.

Klasifikasi berdasarkan sifat-sifat lapisan epitaksial

·Epitaksi homogen: Itulapisan epitaksisama dengan bahan substrat, yang menjaga konsistensi bahan dan membantu mencapai struktur produk dan sifat kelistrikan berkualitas tinggi.

·Epitaksi heterogen: Itulapisan epitaksiberbeda dengan bahan substratnya. Dengan memilih substrat yang sesuai, kondisi pertumbuhan dapat dioptimalkan dan jangkauan aplikasi material dapat diperluas, namun tantangan yang ditimbulkan oleh ketidaksesuaian kisi dan perbedaan ekspansi termal perlu diatasi.

Klasifikasi berdasarkan posisi perangkat

Epitaksi positif: mengacu pada pembentukan lapisan epitaksi pada bahan substrat selama pertumbuhan kristal, dan perangkat dibuat pada lapisan epitaksi.

Epitaksi terbalik: Berbeda dengan epitaksi positif, perangkat dibuat langsung pada substrat, sedangkan lapisan epitaksi terbentuk pada struktur perangkat.

Perbedaan penerapan: Penerapan keduanya dalam manufaktur semikonduktor bergantung pada sifat material yang diperlukan dan persyaratan desain perangkat, dan masing-masing cocok untuk aliran proses dan persyaratan teknis yang berbeda.

Klasifikasi dengan metode pertumbuhan epitaksi

· Epitaksi langsung adalah metode penggunaan pemanasan, pemboman elektron, atau medan listrik eksternal untuk membuat atom bahan yang sedang tumbuh memperoleh energi yang cukup, dan secara langsung bermigrasi dan disimpan pada permukaan substrat untuk menyelesaikan pertumbuhan epitaksi, seperti deposisi vakum, sputtering, sublimasi, dll. Namun, metode ini memiliki persyaratan peralatan yang ketat. Resistivitas dan ketebalan film memiliki kemampuan pengulangan yang buruk, sehingga belum digunakan dalam produksi epitaksial silikon.

· Epitaksi tidak langsung adalah penggunaan reaksi kimia untuk mengendapkan dan menumbuhkan lapisan epitaksi pada permukaan substrat, yang secara luas disebut deposisi uap kimia (CVD). Namun, film tipis yang ditumbuhkan oleh CVD belum tentu merupakan produk tunggal. Oleh karena itu, sebenarnya, hanya CVD yang menumbuhkan satu film saja yang merupakan pertumbuhan epitaksial. Metode ini memiliki peralatan yang sederhana, dan berbagai parameter lapisan epitaksial lebih mudah dikontrol dan memiliki kemampuan pengulangan yang baik. Saat ini, pertumbuhan epitaksi silikon terutama menggunakan metode ini.

Kategori lainnya

·Menurut metode pengangkutan atom bahan epitaksi ke substrat, dapat dibagi menjadi epitaksi vakum, epitaksi fase gas, epitaksi fase cair (LPE), dll.

·Menurut proses perubahan fase, epitaksi dapat dibagi menjadiepitaksi fase gas, epitaksi fase cair, Danepitaksi fase padat.

Masalah diselesaikan dengan proses epitaksi

·Ketika teknologi pertumbuhan epitaksi silikon dimulai, pada saat itulah pembuatan transistor silikon frekuensi tinggi dan daya tinggi mengalami kesulitan. Dilihat dari prinsip transistor, untuk memperoleh frekuensi tinggi dan daya tinggi maka tegangan tembus kolektor harus tinggi dan resistansi seri harus kecil, yaitu penurunan tegangan saturasi harus kecil. Yang pertama membutuhkan resistivitas material di area kolektor yang tinggi, sedangkan yang kedua membutuhkan resistivitas material di area kolektor yang rendah, dan keduanya bertentangan. Jika resistansi seri dikurangi dengan menipiskan ketebalan material area kolektor, wafer silikon akan menjadi terlalu tipis dan rapuh untuk diproses. Jika resistivitas material berkurang, hal ini akan bertentangan dengan persyaratan pertama. Teknologi epitaxial telah berhasil mengatasi kesulitan ini.

Larutan:

·Tumbuhkan lapisan epitaksi resistivitas tinggi pada substrat dengan resistivitas sangat rendah, dan buat perangkat pada lapisan epitaksi. Lapisan epitaksi resistivitas tinggi memastikan bahwa tabung memiliki tegangan tembus yang tinggi, sedangkan substrat dengan resistivitas rendah mengurangi resistansi substrat dan penurunan tegangan saturasi, sehingga menyelesaikan kontradiksi di antara keduanya.

Selain itu, teknologi epitaksi seperti epitaksi fase uap, epitaksi fase cair, epitaksi berkas molekul, dan epitaksi fase uap senyawa organik logam dari keluarga 1-V, keluarga 1-V, dan bahan semikonduktor senyawa lainnya seperti GaAs juga telah banyak dikembangkan. dan telah menjadi teknologi proses yang sangat diperlukan untuk pembuatan sebagian besar microwave danperangkat optoelektronik.

Secara khusus, keberhasilan penerapan berkas molekul danuap organik logamepitaksi fase dalam lapisan ultra-tipis, superlattice, sumur kuantum, superlattice tegang, dan epitaksi lapisan tipis tingkat atom telah meletakkan dasar bagi pengembangan bidang baru penelitian semikonduktor, "rekayasa pita".

Ciri-ciri pertumbuhan epitaksi

(1) Lapisan epitaksi dengan resistensi tinggi (rendah) dapat tumbuh secara epitaksi pada substrat dengan resistensi rendah (tinggi).

(2) Lapisan epitaksi N(P) dapat ditumbuhkan pada substrat P(N) untuk secara langsung membentuk sambungan PN. Tidak ada masalah kompensasi saat membuat sambungan PN pada substrat tunggal melalui difusi.

(3) Dikombinasikan dengan teknologi topeng, pertumbuhan epitaksial selektif dapat dilakukan di area yang ditentukan, menciptakan kondisi untuk produksi sirkuit terpadu dan perangkat dengan struktur khusus.

(4) Jenis dan konsentrasi doping dapat diubah sesuai kebutuhan selama pertumbuhan epitaksi. Perubahan konsentrasi bisa terjadi secara tiba-tiba atau bertahap.

(5) Lapisan ultra-tipis senyawa heterogen, berlapis-lapis, multi-komponen dengan komponen variabel dapat ditumbuhkan.

(6) Pertumbuhan epitaksi dapat dilakukan pada suhu di bawah titik leleh bahan. Laju pertumbuhannya dapat dikendalikan, dan pertumbuhan epitaksi dengan ketebalan skala atom dapat dicapai.

Persyaratan untuk pertumbuhan epitaksi

(1) Permukaan harus rata dan cerah, tanpa cacat permukaan seperti titik terang, lubang, noda kabut dan garis slip

(2) Integritas kristal yang baik, dislokasi rendah dan kepadatan patahan susun. Untukepitaksi silikon, kerapatan dislokasi harus kurang dari 1000/cm2, kerapatan patahan susun harus kurang dari 10/cm2, dan permukaan harus tetap cerah setelah terkorosi oleh larutan etsa asam kromat.

(3) Konsentrasi pengotor latar belakang lapisan epitaksi harus rendah dan kompensasi yang diperlukan lebih sedikit. Kemurnian bahan baku harus tinggi, sistem harus tersegel dengan baik, lingkungan harus bersih, dan pengoperasian harus ketat untuk menghindari masuknya kotoran asing ke dalam lapisan epitaksi.

(4) Untuk epitaksi heterogen, komposisi lapisan epitaksi dan substrat harus berubah secara tiba-tiba (kecuali untuk persyaratan perubahan komposisi yang lambat) dan difusi timbal balik komposisi antara lapisan epitaksi dan substrat harus diminimalkan.

(5) Konsentrasi doping harus dikontrol secara ketat dan didistribusikan secara merata sehingga lapisan epitaksi memiliki resistivitas seragam yang memenuhi persyaratan. Diperlukan resistivitas sebesarwafer epitaksialditanam di tungku yang berbeda dalam tungku yang sama harus konsisten.

(6) Ketebalan lapisan epitaksi harus memenuhi persyaratan, dengan keseragaman dan pengulangan yang baik.

(7) Setelah pertumbuhan epitaksi pada substrat dengan lapisan terkubur, distorsi pola lapisan terkubur sangat kecil.

(8) Diameter wafer epitaksi harus sebesar mungkin untuk memfasilitasi produksi massal perangkat dan mengurangi biaya.

(9) Stabilitas termallapisan epitaksi semikonduktor majemukdan epitaksi heterojungsi bagus.