Uppruni nafnsins epitaxial wafer
Fyrst skulum við kynna lítið hugtak: undirbúningur skífu felur í sér tvo meginþætti: undirbúning undirlags og epitaxialferli. Undirlagið er skífa úr hálfleiðara einkristallaefni. Undirlagið getur farið beint inn í framleiðsluferlið á skífum til að framleiða hálfleiðaratæki, eða það getur verið unnið með epitaxialferlum til að framleiða epitaxialskífur. Epitaxia vísar til ferlisins þar sem nýtt lag af einkristalli er vaxið á einkristallaundirlagi sem hefur verið vandlega unnið með því að skera, slípa, fægja o.s.frv. Nýi einkristallinn getur verið úr sama efni og undirlagið, eða hann getur verið úr öðru efni (einsleitt) epitaxia eða heterópitaxia. Vegna þess að nýja einkristallalagið teygir sig og vex í samræmi við kristalfasa undirlagsins er það kallað epitaxiallag (þykktin er venjulega nokkrar míkroner, t.d. kísill: merking kísill-epitaxialvaxtar er á kísill-einkristalla undirlagi með ákveðinni kristalstefnu. Kristalllag með góða grindarbyggingu og mismunandi viðnám og þykkt með sömu kristalstefnu og undirlagið er ræktað), og undirlagið með epitaxiallaginu er kallað epitaxialskífa (epitaxialskífa = epitaxiallag + undirlag). Þegar tækið er búið til á epitaxiallaginu er það kallað jákvæð epitaxia. Ef tækið er búið til á undirlaginu er það kallað öfug epitaxia. Á þessum tíma gegnir epitaxiallagið aðeins stuðningshlutverki.
Slípuð skífa
Aðferðir við vöxt epitaxial
Sameindageislaþjöppun (MBE): Þetta er hálfleiðaraþjöppunartækni sem framkvæmd er við mjög hátt lofttæmi. Í þessari tækni er upprunaefnið gufað upp í formi geisla af atómum eða sameindum og síðan sett á kristallað undirlag. MBE er mjög nákvæm og stjórnanleg þunnfilmuvaxtartækni fyrir hálfleiðara sem getur stjórnað nákvæmlega þykkt efnisins sem sett er niður á atómstigi.
Lífræn málm-CVD (MOCVD): Í MOCVD ferlinu eru lífrænir málmar og hýdríðgas N2, sem inniheldur nauðsynleg frumefni, sett á undirlagið við viðeigandi hitastig, gangast undir efnahvarf til að mynda nauðsynlegt hálfleiðaraefni og eru sett á undirlagið, á meðan eftirstandandi efnasambönd og hvarfafurðir eru losaðar.
Gufufasaþekjugreining (e. gufufasa epitaxy (VPE): Gufufasaþekjugreining er mikilvæg tækni sem er almennt notuð í framleiðslu á hálfleiðurum. Grunnreglan er að flytja gufu frumefna eða efnasambanda í burðargasi og setja kristalla á undirlagið með efnahvörfum.
Hvaða vandamál leysir epitaxíferlið?
Aðeins einkristallaefni í lausu geta ekki fullnægt vaxandi þörfum framleiðslu ýmissa hálfleiðara. Þess vegna var epitaxial vöxtur, þunnlags vaxtartækni fyrir einkristallaefni, þróuð í lok árs 1959. Hvaða sérstaka framlag hefur þá epitaxial tækni til framfara efna?
Fyrir kísil, þegar tækni til að auka epitaxial vaxtarhraða kísils hófst, var mjög erfitt að framleiða hátíðni og aflstransistora kísils. Frá sjónarhóli transistorareglunnar, til að fá háa tíðni og mikið afl, verður brotspennan í safnarasvæðinu að vera há og raðviðnámið að vera lítið, þ.e. mettunarspennufallið verður að vera lítið. Hið fyrra krefst þess að viðnám efnisins í safnarasvæðinu sé hátt, en hið síðara krefst þess að viðnám efnisins í safnarasvæðinu sé lágt. Þessi tvö svið eru í mótsögn. Ef þykkt efnisins í safnarasvæðinu er minnkuð til að minnka raðviðnámið, verður kísilplatan of þunn og brothætt til að hægt sé að vinna hana úr. Ef viðnám efnisins er minnkað, stangast það á við fyrri kröfuna. Hins vegar hefur þróun epitaxial tækni tekist að leysa þennan vanda.
Lausn: Ræktið epitaxiallag með mikilli viðnámsgetu á undirlagi með mjög lágu viðnámi og búið til tækið á epitaxiallaginu. Þetta epitaxiallag með mikilli viðnámsgetu tryggir að rörið hafi háa bilunarspennu, en undirlagið með lágu viðnámi dregur einnig úr viðnámi undirlagsins, sem dregur úr mettunarspennufalli og leysir þannig mótsögnina milli þessara tveggja.
Að auki hefur epitaxísk tækni eins og gufufasa epitaxísk og vökvafasa epitaxísk greining á GaAs og öðrum III-V, II-VI og öðrum sameindasamböndum hálfleiðaraefna einnig verið mjög þróuð og hefur orðið grunnurinn að flestum örbylgjutækjum, ljósleiðaratækjum og aflgjöfum. Það er ómissandi ferlistækni fyrir framleiðslu tækja, sérstaklega með farsælli notkun sameindageisla og málmlífrænna gufufasa epitaxískrar tækni í þunnum lögum, ofurgrindum, skammtabrunnum, þvingaðri ofurgrind og þunnlags epitaxísk greining á atómstigi, sem er nýtt skref í rannsóknum á hálfleiðurum. Þróun „orkubeltisverkfræði“ á þessu sviði hefur lagt traustan grunn.
Í hagnýtum tilgangi eru hálfleiðarar með breitt bandbil næstum alltaf smíðaðir á epitaxiallaginu og kísilkarbíðskífan sjálf þjónar aðeins sem undirlag. Þess vegna er stjórnun á epitaxiallaginu mikilvægur þáttur í hálfleiðaraiðnaðinum með breitt bandbil.
7 helstu færniþættir í epitaxíutækni
1. Hægt er að rækta epitaxial lög með háu (lágu) viðnámi á undirlagi með lágu (háu) viðnámi.
2. Hægt er að rækta N(P)-gerð epitaxiallagið með epitaxial vexti á P(N)-gerð undirlaginu til að mynda PN-tengingu beint. Það eru engin vandamál með að bæta upp fyrir dreifingu þegar PN-tenging er mynduð á einkristallundirlagi.
3. Í samvinnu við grímutækni er sértækur epitaxialvöxtur framkvæmdur á tilgreindum svæðum, sem skapar skilyrði fyrir framleiðslu á samþættum hringrásum og tækjum með sérstakri uppbyggingu.
4. Hægt er að breyta gerð og styrk lyfjanna eftir þörfum meðan á vaxtarferlinu stendur. Breytingin á styrk getur verið skyndileg eða hægfara breyting.
5. Það getur ræktað ólík, marglaga, fjölþátta efnasambönd og ofurþunn lög með breytilegum íhlutum.
6. Hægt er að framkvæma epitaxialvöxt við lægra hitastig en bræðslumark efnisins, vaxtarhraðinn er stjórnanlegur og hægt er að ná epitaxialvexti með þykkt á atómstigi.
7. Það getur ræktað einkristallaefni sem ekki er hægt að draga úr, svo sem GaN, einkristallalög af þrívíddar- og fjórvíddarsamböndum o.s.frv.
Birtingartími: 13. maí 2024