فناوری آماده سازی اپیتاکسی سیلیکون (Si).

Epitaxy Silicon (SI)فناوری آماده سازی

رشد اپیتاکسی چیست؟

· مواد تک کریستالی به تنهایی نمی توانند نیازهای تولید رو به رشد دستگاه های نیمه هادی مختلف را برآورده کنند. در پایان سال 1959، یک لایه نازک ازتک کریستالفناوری رشد مواد - رشد اپیتاکسیال توسعه داده شد.

رشد اپیتاکسیال برای رشد یک لایه از مواد است که نیازهای موجود در یک بستر کریستالی را که با برش ، سنگ زنی و صیقل دادن در شرایط خاص با دقت پردازش شده است ، برآورده می کند. از آنجا که لایه محصول تک رشد یافته ، پسوند شبکه بستر است ، لایه مواد رشد یافته به عنوان یک لایه اپیتاکسیال نامیده می شود.

طبقه بندی بر اساس ویژگی های لایه اپیتاکسیال

·همگنی همگن:لایه اپیتاکسیالهمان ماده بستر است که قوام مواد را حفظ می کند و به دستیابی به ساختار محصول با کیفیت بالا و خصوصیات الکتریکی کمک می کند.

·تجاوز ناهمگن:لایه اپیتاکسیالبا مواد بستر متفاوت است. با انتخاب یک بستر مناسب ، می توان شرایط رشد را بهینه کرد و دامنه کاربرد مواد را می توان گسترش داد ، اما چالش های ناشی از عدم تطابق شبکه و تفاوت های گسترش حرارتی باید برطرف شود.

طبقه بندی بر اساس موقعیت دستگاه

Epitaxy مثبت: به تشکیل یک لایه اپیتاکسیال بر روی ماده بستر در طول رشد کریستال اشاره دارد و دستگاه بر روی لایه اپیتاکسیال ساخته می شود.

Epitaxy معکوس: بر خلاف اپیتاکس مثبت ، دستگاه به طور مستقیم روی بستر تولید می شود ، در حالی که لایه اپی کلیسا بر روی ساختار دستگاه تشکیل می شود.

تفاوت های کاربردی: کاربرد این دو در ساخت نیمه هادی ها به خواص مواد مورد نیاز و الزامات طراحی دستگاه بستگی دارد و هر کدام برای جریان های فرآیند و الزامات فنی مختلف مناسب هستند.

طبقه بندی با روش رشد اپیتاکسیال

· Epitaxy مستقیم روشی برای استفاده از گرمایش ، بمباران الکترونی یا میدان الکتریکی خارجی است تا اتم های مواد در حال رشد انرژی کافی را بدست آورند ، و مستقیماً مهاجرت و رسوب می کنند تا رشد اپی کلیسایی مانند رسوب خلاء ، لکه دار شدن ، تصحیح و غیره را انجام دهند. با این حال ، این روش نیازهای دقیق در تجهیزات دارد. مقاومت و ضخامت فیلم تکرارپذیری ضعیفی دارد ، بنابراین در تولید اپیتاکسیال سیلیکون مورد استفاده قرار نگرفته است.

· اپیتاکسی غیرمستقیم استفاده از واکنشهای شیمیایی برای رسوب و رشد لایه های اپیتاکسیال بر روی سطح بستر است که به طور گسترده ای رسوب بخار شیمیایی (CVD) نامیده می شود. با این حال ، فیلم نازک رشد یافته توسط CVD لزوماً یک محصول واحد نیست. بنابراین ، به طور دقیق ، فقط CVD که یک فیلم واحد رشد می کند ، رشد اپیتاکسی است. این روش تجهیزات ساده ای دارد و پارامترهای مختلف لایه epitaxial کنترل آسان تر و تکرارپذیری خوبی دارند. در حال حاضر ، رشد اپیتاکسیال سیلیکون عمدتاً از این روش استفاده می کند.

دسته های دیگر

· با توجه به روش انتقال اتم های مواد همپایی به زیرلایه، می توان آن را به اپیتاکسی خلاء، اپیتاکسی فاز گاز، اپیتاکسی فاز مایع (LPE) و غیره تقسیم کرد.

· با توجه به فرآیند تغییر فاز، اپیتاکسی را می توان به تقسیم کردفاز گاز, اپیتاکسی فاز مایع، وفاز جامد.

مشکلات با فرآیند همپایی حل شد

· هنگامی که فناوری رشد اپیتاکسیال سیلیکون آغاز شد، زمانی بود که ساخت ترانزیستورهای با فرکانس بالا و توان بالا سیلیکون با مشکلاتی مواجه شد. از منظر اصل ترانزیستور، برای بدست آوردن فرکانس بالا و توان بالا، ولتاژ شکست کلکتور باید زیاد و مقاومت سری کم باشد، یعنی افت ولتاژ اشباع باید کم باشد. اولی مستلزم این است که مقاومت ماده منطقه کلکتور زیاد باشد، در حالی که دومی نیاز دارد که مقاومت ماده منطقه کلکتور کم باشد و این دو متناقض هستند. اگر مقاومت سری با نازک کردن ضخامت مواد ناحیه کلکتور کاهش یابد، ویفر سیلیکونی برای پردازش بسیار نازک و شکننده خواهد بود. اگر مقاومت ماده کاهش یابد، با شرط اول در تضاد خواهد بود. تکنولوژی Epitaxial با موفقیت این مشکل را حل کرده است.

راه حل:

یک لایه اپیتاکسیال با مقاومت بالا روی یک بستر با مقاومت بسیار کم رشد دهید و دستگاه را روی لایه همپایی بسازید. لایه اپیتاکسیال با مقاومت بالا تضمین می کند که لوله دارای ولتاژ شکست بالایی است، در حالی که بستر با مقاومت پایین مقاومت زیرلایه و افت ولتاژ اشباع را کاهش می دهد و در نتیجه تضاد بین این دو را حل می کند.

علاوه بر این ، فن آوری های اپیتاکسیال مانند Epitaxy فاز بخار ، اپیتاکس فاز مایع ، اپیتاکس پرتو مولکولی و فاز بخار ترکیب آلی فلزی اپیتاکس خانواده 1-V ، خانواده 1-V و سایر مواد نیمه هادی مرکب مانند GAAS نیز بسیار توسعه یافته اند و برای تولید بیشتر مایکروویو ودستگاه های نوری.

به طور خاص ، کاربرد موفقیت آمیز پرتو مولکولی وبخار آلی فلزیاپیتاکسی فاز در لایه‌های فوق‌العاده نازک، ابرشبکه‌ها، چاه‌های کوانتومی، ابرشبکه‌های کرنش‌شده، و اپیتاکسی لایه نازک سطح اتمی، پایه‌ای را برای توسعه حوزه جدیدی از تحقیقات نیمه‌رسانا، «مهندسی باند» گذاشته‌اند.

خصوصیات رشد اپیتاکسیال

(1) لایه های اپیتاکسیال با مقاومت بالا (کم) را می توان به صورت همپایی روی بسترهای با مقاومت کم (بالا) رشد داد.

(2) N (P) لایه های اپیتاکسیال را می توان در بسترهای P (N) رشد داد تا مستقیماً اتصالات PN را تشکیل دهد. در هنگام ساخت اتصالات PN بر روی بسترهای منفرد با انتشار ، هیچ مشکلی جبران خسارت وجود ندارد.

(3) همراه با فناوری ماسک، رشد همپایی انتخابی را می توان در مناطق تعیین شده انجام داد و شرایطی را برای تولید مدارهای مجتمع و دستگاه هایی با ساختارهای ویژه ایجاد کرد.

(4) نوع و غلظت دوپینگ را می توان در صورت نیاز در طول رشد اپیتاکسیال تغییر داد. تغییر غلظت می تواند ناگهانی یا تدریجی باشد.

(5) لایه های فوق العاده نازک از ترکیبات ناهمگن، چند لایه، چند جزئی با اجزای متغیر را می توان رشد داد.

(6) رشد اپیتاکسی را می توان در دمای زیر نقطه ذوب مواد انجام داد. سرعت رشد قابل کنترل است و رشد اپیتاکسیال ضخامت در مقیاس اتمی قابل دستیابی است.

الزامات رشد اپیتاکسیال

(1) سطح باید صاف و روشن باشد، بدون نقص سطحی مانند لکه های روشن، گودال ها، لکه های مه و خطوط لغزش

(2) یکپارچگی کریستال خوب ، جابجایی کم و چگالی گسل انباشته. برایسیلیس، چگالی جابجایی باید کمتر از 1000/cm2 باشد ، چگالی گسل انباشته باید کمتر از 10/cm2 باشد و سطح باید پس از آنکه توسط محلول اچینگ اسید کرومیک شود ، روشن بماند.

(3) غلظت ناخالصی پس زمینه لایه اپیتاکسیال باید کم باشد و جبران کمتری لازم باشد. خلوص مواد خام باید بالا باشد، سیستم باید به خوبی مهر و موم شده باشد، محیط باید تمیز باشد، و عملیات باید سختگیرانه باشد تا از ادغام ناخالصی های خارجی در لایه اپیتاکسیال جلوگیری شود.

(4) برای اپیتاکسی ناهمگن، ترکیب لایه اپیتاکسیال و زیرلایه باید به طور ناگهانی تغییر کند (به جز نیاز به تغییر ترکیب آهسته) و انتشار متقابل ترکیب بین لایه اپیتاکسیال و بستر باید به حداقل برسد.

(5) غلظت دوپینگ باید به شدت کنترل شده و به طور یکنواخت توزیع شود تا لایه اپیتاکسیال دارای مقاومت یکنواختی باشد که الزامات را برآورده کند. لازم است که مقاومتویفرهای اپیتاکسیالرشد در کوره های مختلف در یک کوره باید سازگار باشد.

(6) ضخامت لایه اپیتاکسیال باید با یکنواختی و تکرارپذیری مناسب ، الزامات را برآورده کند.

(7) پس از رشد اپیتاکسیال روی یک بستر با یک لایه دفن شده ، اعوجاج الگوی لایه دفن شده بسیار اندک است.

(8) قطر ویفر اپیتاکسیال باید تا حد امکان بزرگ باشد تا تولید انبوه دستگاه ها را تسهیل کند و هزینه ها را کاهش دهد.

(9) ثبات حرارتیلایه های اپیتاکسیال نیمه هادی مرکبو اپیتاکسی ناهمگونی خوب است.