Die oorsprong van die naam epitaksiale wafer
Eerstens, laat ons 'n klein konsep populariseer: wafervoorbereiding sluit twee hoofskakels in: substraatvoorbereiding en epitaksiale proses. Die substraat is 'n wafer gemaak van halfgeleier-enkelkristalmateriaal. Die substraat kan direk die wafervervaardigingsproses binnegaan om halfgeleiertoestelle te produseer, of dit kan deur epitaksiale prosesse verwerk word om epitaksiale wafers te produseer. Epitaksie verwys na die proses om 'n nuwe laag enkelkristal op 'n enkelkristalsubstraat te laat groei wat versigtig verwerk is deur sny, slyp, poleer, ens. Die nuwe enkelkristal kan dieselfde materiaal as die substraat wees, of dit kan 'n ander materiaal (homogeen) epitaksie of heteroepitaksie wees. Omdat die nuwe enkelkristallaag volgens die kristalfase van die substraat uitbrei en groei, word dit 'n epitaksiale laag genoem (die dikte is gewoonlik 'n paar mikron, met silikon as voorbeeld: die betekenis van silikon-epitaksiale groei is op 'n silikon-enkelkristalsubstraat met 'n sekere kristaloriëntasie. 'n Kristallaag met goeie roosterstruktuurintegriteit en verskillende weerstand en dikte met dieselfde kristaloriëntasie as die substraat word gegroei), en die substraat met die epitaksiale laag word 'n epitaksiale wafer genoem (epitaksiale wafer = epitaksiale laag + substraat). Wanneer die toestel op die epitaksiale laag gemaak word, word dit positiewe epitaksie genoem. As die toestel op die substraat gemaak word, word dit omgekeerde epitaksie genoem. Op hierdie tydstip speel die epitaksiale laag slegs 'n ondersteunende rol.
Gepoleerde wafer
Epitaksiale groeimetodes
Molekulêre bundel-epitaksie (MBE): Dit is 'n halfgeleier-epitaksiale groeitegnologie wat onder ultrahoë vakuumtoestande uitgevoer word. In hierdie tegniek word bronmateriaal verdamp in die vorm van 'n bundel atome of molekules en dan op 'n kristallyne substraat neergelê. MBE is 'n baie presiese en beheerbare halfgeleier-dunfilmgroeitegnologie wat die dikte van neergelegde materiaal op atoomvlak presies kan beheer.
Metaalorganiese CVD (MOCVD): In die MOCVD-proses word organiese metaal en hidriedgas N2-gas wat die vereiste elemente bevat, by 'n gepaste temperatuur aan die substraat toegevoer, 'n chemiese reaksie ondergaan om die vereiste halfgeleiermateriaal te genereer, en op die substraat neergelê, terwyl die oorblywende verbindings en reaksieprodukte ontlaai word.
Dampfase-epitaksie (DPE): Dampfase-epitaksie is 'n belangrike tegnologie wat algemeen gebruik word in die vervaardiging van halfgeleiertoestelle. Die basiese beginsel is om die damp van elementêre stowwe of verbindings in 'n draergas te vervoer en kristalle op die substraat deur chemiese reaksies neer te lê.
Watter probleme los die epitakseproses op?
Slegs enkelkristalmateriale in grootmaat kan nie aan die groeiende behoeftes van die vervaardiging van verskeie halfgeleiertoestelle voldoen nie. Daarom is epitaksiale groei, 'n dunlaag-enkelkristalmateriaalgroeitegnologie, aan die einde van 1959 ontwikkel. Watter spesifieke bydrae lewer epitaksiale tegnologie dus tot die vooruitgang van materiale?
Vir silikon, toe silikon epitaksiale groeitegnologie begin het, was dit werklik 'n moeilike tyd vir die produksie van silikon hoëfrekwensie- en hoëkragtransistors. Vanuit die perspektief van transistorbeginsels, om hoë frekwensie en hoë krag te verkry, moet die deurslagspanning van die kollektorarea hoog wees en die serieweerstand klein wees, dit wil sê, die versadigingspanningsval moet klein wees. Eersgenoemde vereis dat die weerstand van die materiaal in die kollektorarea hoog moet wees, terwyl laasgenoemde vereis dat die weerstand van die materiaal in die kollektorarea laag moet wees. Die twee provinsies is teenstrydig met mekaar. As die dikte van die materiaal in die kollektorarea verminder word om die serieweerstand te verminder, sal die silikonwafel te dun en broos wees om verwerk te word. As die weerstand van die materiaal verminder word, sal dit die eerste vereiste weerspreek. Die ontwikkeling van epitaksiale tegnologie was egter suksesvol en het hierdie probleem opgelos.
Oplossing: Kweek 'n epitaksiale laag met hoë weerstand op 'n substraat met uiters lae weerstand, en maak die toestel op die epitaksiale laag. Hierdie epitaksiale laag met hoë weerstand verseker dat die buis 'n hoë deurslagspanning het, terwyl die substraat met lae weerstand ook die weerstand van die substraat verminder, waardeur die versadigingspanningsval verminder word en die teenstrydigheid tussen die twee opgelos word.
Daarbenewens is epitaksietegnologieë soos dampfase-epitaksie en vloeistoffase-epitaksie van GaAs en ander III-V, II-VI en ander molekulêre saamgestelde halfgeleiermateriale ook geweldig ontwikkel en het dit die basis geword vir die meeste mikrogolftoestelle, opto-elektroniese toestelle, krag. Dit is 'n onontbeerlike prosestegnologie vir die produksie van toestelle, veral die suksesvolle toepassing van molekulêre bundel- en metaalorganiese dampfase-epitaksietegnologie in dun lae, superroosters, kwantumputte, gespanne superroosters en atoomvlak-dunlaag-epitaksie, wat 'n nuwe stap in halfgeleiernavorsing is. Die ontwikkeling van "energiegordelingenieurswese" in die veld het 'n stewige fondament gelê.
In praktiese toepassings word wyebandgaping-halfgeleiertoestelle amper altyd op die epitaksiale laag gemaak, en die silikonkarbiedwafel self dien slegs as die substraat. Daarom is die beheer van die epitaksiale laag 'n belangrike deel van die wyebandgaping-halfgeleierbedryf.
7 hoofvaardighede in epitaksetegnologie
1. Epitaksiale lae met hoë (lae) weerstand kan epitaksiaal op substrate met lae (hoë) weerstand gekweek word.
2. Die N(P)-tipe epitaksiale laag kan epitaksiaal op die P(N)-tipe substraat gegroei word om direk 'n PN-voegvlak te vorm. Daar is geen kompensasieprobleem wanneer die diffusiemetode gebruik word om 'n PN-voegvlak op 'n enkelkristalsubstraat te maak nie.
3. Gekombineer met maskertegnologie word selektiewe epitaksiale groei in aangewese gebiede uitgevoer, wat toestande skep vir die produksie van geïntegreerde stroombane en toestelle met spesiale strukture.
4. Die tipe en konsentrasie van doping kan volgens behoefte verander word tydens die epitaksiale groeiproses. Die verandering in konsentrasie kan 'n skielike verandering of 'n stadige verandering wees.
5. Dit kan heterogene, meerlaagige, meerkomponentverbindings en ultradun lae met veranderlike komponente kweek.
6. Epitaksiale groei kan uitgevoer word by 'n temperatuur laer as die smeltpunt van die materiaal, die groeitempo is beheerbaar, en epitaksiale groei van atoomvlakdikte kan bereik word.
7. Dit kan enkelkristalmateriale kweek wat nie getrek kan word nie, soos GaN, enkelkristallae van tersiêre en kwaternêre verbindings, ens.
Plasingstyd: 13 Mei 2024