روند نیمه هادی epitaxy چیست؟

ساخت مدارهای یکپارچه یا دستگاههای نیمه هادی روی یک لایه پایه کریستالی کامل ایده آل است. دراتیکسهدف فرآیند (epi) در ساخت نیمه هادی، قرار دادن یک لایه تک کریستالی خوب، معمولاً حدود 0.5 تا 20 میکرون، بر روی یک بستر تک کریستالی است. فرآیند اپیتاکسی گام مهمی در ساخت دستگاه های نیمه هادی به ویژه در ساخت ویفر سیلیکونی است.

فرآیند Epitaxy (EPI) در ساخت نیمه هادی

نمای کلی از اپیتاکس در ساخت نیمه هادی

این فرآیند Epitaxy (EPI) در ساخت نیمه هادی است که باعث رشد یک لایه کریستالی نازک در یک جهت خاص در بالای یک بستر کریستالی می شود.

هدف در تولید نیمه هادی، هدف فرآیند اپیتاکسی انتقال موثرتر الکترون ها از طریق دستگاه است. در ساخت دستگاه های نیمه هادی، لایه های اپیتاکسی برای اصلاح و یکنواخت ساختن سازه گنجانده شده است.

فرآیند Theاتیکسفرآیند اجازه می دهد تا لایه های همپایی با خلوص بالاتر روی بستری از همان ماده رشد کنند. در برخی از مواد نیمه هادی، مانند ترانزیستورهای دوقطبی ناهمگون (HBTs) یا ترانزیستورهای اثر میدان نیمه هادی اکسید فلزی (MOSFET)، فرآیند اپیتاکسی برای رشد لایه ای از مواد متفاوت از بستر استفاده می شود. این فرآیند اپیتاکسی است که امکان رشد یک لایه دوپ شده با چگالی کم را روی لایه ای از مواد بسیار دوپ شده فراهم می کند.

مروری بر فرآیند اپیتاکسی در ساخت نیمه هادی ها

آنچه که این فرآیند Epitaxy (EPI) در ساخت نیمه هادی است ، رشد یک لایه کریستالی نازک را در یک جهت خاص در بالای یک بستر کریستالی فراهم می کند.

هدف در ساخت نیمه هادی ، هدف فرآیند اپیتاکس ، ساخت الکترون های حمل شده از طریق دستگاه با کارآمدتر است. در ساخت دستگاه های نیمه هادی ، لایه های اپیتاکس برای پالایش و ساخت ساختار یکنواخت گنجانده شده است.

فرآیند اپیتاکسی اجازه می دهد تا لایه های اپیتاکسیال با خلوص بالاتر بر روی بستری از همان ماده رشد کنند. در برخی از مواد نیمه هادی، مانند ترانزیستورهای دوقطبی ناهمگون (HBTs) یا ترانزیستورهای اثر میدان نیمه هادی اکسید فلزی (MOSFET)، فرآیند اپیتاکسی برای رشد لایه ای از مواد متفاوت از بستر استفاده می شود. این فرآیند اپیتاکسی است که امکان رشد یک لایه دوپ شده با چگالی کم را روی لایه ای از مواد بسیار دوپ شده فراهم می کند.

انواع فرآیندهای اپیتاکسیال در ساخت نیمه هادی

در فرآیند اپیتاکسیال، جهت رشد توسط کریستال بستر زیرین تعیین می شود. بسته به تکرار رسوب، می تواند یک یا چند لایه اپیتاکسیال وجود داشته باشد. فرآیندهای اپیتاکسیال را می توان برای تشکیل لایه های نازکی از مواد استفاده کرد که از نظر ترکیب شیمیایی و ساختار با بستر زیرین یکسان یا متفاوت هستند.

دو نوع فرآیند EPI

خصوصیاتهمواپیتاکسی هتروپیتاکسی

لایه های رشد لایه رشد اپیتاکسیال همان ماده لایه زیرلایه است لایه رشد همپای ماده ای متفاوت از لایه زیرلایه است.

ساختار بلوری و شبکه ساختار بلوری و ثابت شبکه لایه زیرلایه و لایه همپایی یکسان است ساختار بلوری و ثابت شبکه لایه زیرلایه و لایه همپایه متفاوت است.

نمونه ها رشد همبستگی سیلیکون با خلوص بالا بر روی بستر سیلیکونی رشد همبستگی آرسنید گالیم بر روی بستر سیلیکونی

برنامه های کاربردی سازه های دستگاه نیمه هادی که نیاز به لایه هایی از سطوح مختلف دوپینگ یا فیلم های خالص بر روی بسترهای کمتر خالص سازه های دستگاه نیمه هادی دارند که به لایه هایی از مواد مختلف نیاز دارند یا فیلم های کریستالی ساختمانی که نمی توانند به عنوان کریستال های منفرد بدست آورند

دو نوع فرآیند EPI

خصوصیات همواپیتاکسی هترواپیتاکسی

لایه رشد لایه رشد اپیتاکسیال همان ماده ای است که لایه بستر لایه رشد اپیتاکسیال ماده ای متفاوت از لایه بستر است

ساختار کریستال و شبکه ساختار کریستال و ثابت شبکه بستر و لایه اپیتاکسیال یکسان است ساختار کریستال و ثابت شبکه بستر و لایه اپیتاکسیال متفاوت است

مثالها رشد همبستگی سیلیکون با خلوص بالا بر روی بستر سیلیکونی رشد همبستگی آرسنید گالیم بر روی بستر سیلیکونی

کاربردها ساختارهای دستگاه نیمه هادی که به لایه هایی از سطوح مختلف دوپینگ یا لایه های خالص روی بسترهای کم خالص نیاز دارند سازه های دستگاه نیمه هادی که به لایه هایی از مواد مختلف نیاز دارند یا لایه های کریستالی از مواد می سازند که نمی توانند به صورت تک کریستال به دست آیند.

عوامل مؤثر بر فرآیندهای اپیتاکسیال در تولید نیمه هادی

توضیحات فاکتورها

دما بر میزان اپیتاکس و چگالی لایه اپیتاکسیال تأثیر می گذارد. دمای مورد نیاز برای فرآیند اپیتاکسی بالاتر از دمای اتاق است و مقدار آن به نوع اپیتاکسی بستگی دارد.

فشار بر میزان اپیتاکسی و چگالی لایه اپیتاکسیال تأثیر می گذارد.

نقص نقص در اپیتاکسی منجر به ویفر معیوب می شود. شرایط فیزیکی مورد نیاز برای فرآیند اپیتاکسی باید برای رشد لایه اپیتاکسی بدون نقص حفظ شود.

موقعیت مطلوب فرآیند اپیتاکسی باید در موقعیت صحیح کریستال رشد کند. برای جلوگیری از رشد، مناطقی که در آن رشد مطلوب نیست باید به خوبی پوشش داده شوند.

خود دوپینگ از آنجایی که فرآیند اپیتاکسی در دماهای بالا انجام می شود، اتم های ناخالص ممکن است قادر به ایجاد تغییراتی در ماده باشند.

توصیف عامل

دما بر میزان اپیتاکسی و چگالی لایه اپیتاکسیال تأثیر می گذارد. دمای مورد نیاز برای فرآیند اپیتاکسیال بالاتر از دمای اتاق است و مقدار آن به نوع اپیتاکسی بستگی دارد.

فشار بر میزان اپیتاکسی و چگالی لایه اپیتاکسیال تأثیر می گذارد.

نقص نقص در اپیتاکسی منجر به ویفرهای معیوب می شود. شرایط فیزیکی مورد نیاز برای فرآیند اپیتاکس باید برای رشد لایه اپیتاکسیال بدون نقص حفظ شود.

مکان مورد نظر فرآیند اپیتاکسی باید در محل مناسب کریستال رشد کند. مناطقی که در طی این فرآیند رشد مطلوبی ندارند باید به طور مناسب پوشش داده شوند تا از رشد جلوگیری شود.

خود دوپینگ از آنجایی که فرآیند اپیتاکسی در دماهای بالا انجام می شود، اتم های ناخالص ممکن است قادر به ایجاد تغییراتی در ماده باشند.

چگالی و میزان اپیتاکسیال

چگالی رشد اپیتاکسیال تعداد اتم ها در واحد حجم ماده در لایه رشد همپایه است. عواملی مانند دما، فشار و نوع زیرلایه نیمه هادی بر رشد اپیتاکسیال تأثیر می گذارد. به طور کلی، چگالی لایه اپیتاکسیال با عوامل فوق متفاوت است. سرعت رشد لایه اپیتاکسی را نرخ اپیتاکسی می نامند.

اگر اپیتاکس در مکان و جهت گیری مناسب رشد کند ، نرخ رشد زیاد خواهد بود و برعکس. مشابه چگالی لایه اپیتاکسیال ، میزان اپیتاکس نیز به عوامل فیزیکی مانند دما ، فشار و نوع ماده بستر بستگی دارد.

نرخ اپیتاکسیال در دماهای بالا و فشارهای پایین افزایش می یابد. میزان اپیتاکس نیز به جهت گیری ساختار بستر ، غلظت واکنش دهنده ها و تکنیک رشد مورد استفاده بستگی دارد.

روشهای فرآیند اتیکس

چندین روش epitaxy وجود دارد:فاز مایع Epitaxy （LPE، اپیتاکس فاز بخار ترکیبی ، فاز جامد ،رسوب لایه اتمی, رسوب بخار شیمیایی, اپیتاکس پرتو مولکولی، و غیره. بیایید دو فرآیند اپیتاکس را با هم مقایسه کنیم: CVD و MBE.

رسوب شیمیایی بخار (CVD) اپیتاکسی پرتو مولکولی (MBE)

فرآیند شیمیایی فرآیند فیزیکی

شامل یک واکنش شیمیایی است که هنگامی که یک پیش ساز گاز یک بستر گرم شده را در یک محفظه رشد ملاقات می کند یا ماده ای که باید در آن قرار می گیرد ، در شرایط خلاء گرم می شود.

کنترل دقیق فرآیند رشد فیلم کنترل دقیق ضخامت و ترکیب لایه رشد یافته

برای برنامه هایی که نیاز به لایه های اپیتاکسیال با کیفیت بالا برای برنامه هایی دارند که به لایه های اپیتاکسیال بسیار ریز نیاز دارند

روش متداول متداول روش گرانتر

فرآیند فیزیکی فرایند شیمیایی

شامل یک واکنش شیمیایی است که هنگامی که یک پیش ساز گاز یک بستر گرم شده را در یک محفظه رشد ملاقات می کند یا ماده ای که باید در آن قرار می گیرد ، در شرایط خلاء گرم می شود.

کنترل دقیق فرآیند رشد لایه نازک کنترل دقیق ضخامت و ترکیب لایه رشد یافته

مورد استفاده در برنامه های کاربردی که به لایه های اپیتاکسیال با کیفیت بالا مورد استفاده در برنامه های کاربردی که به لایه های اپیتاکسیال بسیار ریز استفاده می شود استفاده می شود

متداول ترین روش مورد استفاده روش گران تر

فرآیند اپیتاکسی در تولید نیمه هادی حیاتی است. عملکرد را بهینه می کند

دستگاه های نیمه هادی و مدارهای مجتمع. این یکی از اصلی ترین فرآیندهای تولید دستگاه نیمه هادی است که بر کیفیت دستگاه ، ویژگی ها و عملکرد الکتریکی تأثیر می گذارد.