Эпитаксиал вафли гэдэг нэрний гарал үүсэл
Эхлээд жижиг ойлголтыг түгээн дэлгэрүүлье: вафли бэлтгэх нь хоёр үндсэн холбоосыг агуулдаг: субстрат бэлтгэх болон эпитаксиал процесс. Субстрат нь хагас дамжуулагч дан талст материалаар хийсэн вафли юм. Субстрат нь хагас дамжуулагч төхөөрөмж үйлдвэрлэхийн тулд вафли үйлдвэрлэх процесст шууд орж болно, эсвэл эпитаксиал процессоор боловсруулж эпитаксиал вафли үйлдвэрлэж болно. Эпитакси гэдэг нь зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх гэх мэтээр сайтар боловсруулсан дан талст суурь дээр дан талстын шинэ давхаргыг ургуулах процессыг хэлнэ. Шинэ дан талст нь суурьтай ижил материал байж болно, эсвэл өөр материал (нэгэн төрлийн) эпитакси эсвэл гетероэпитакси байж болно. Шинэ дан талст давхарга нь суурь талстын фазын дагуу сунаж, ургадаг тул үүнийг эпитаксиал давхарга гэж нэрлэдэг (жишээ нь цахиурыг авч үзвэл зузаан нь ихэвчлэн хэдэн микрон байдаг: цахиурын эпитаксиал өсөлтийн утга нь тодорхой талстын чиглэлтэй цахиурын дан талст суурь дээр байдаг. Суурьтай ижил талстын чиглэлтэй сайн торлог бүтцийн бүрэн бүтэн байдал, эсэргүүцэл ба зузаан нь өөр өөр талст давхаргыг ургуулдаг), эпитаксиал давхаргатай субстратыг эпитаксиал ваффер (эпитаксиал ваффер = эпитаксиал давхарга + суурь) гэж нэрлэдэг. Төхөөрөмжийг эпитаксиал давхарга дээр хийсэн бол эерэг эпитакси гэж нэрлэдэг. Хэрэв төхөөрөмжийг суурь дээр хийсэн бол урвуу эпитакси гэж нэрлэдэг. Энэ үед эпитаксиал давхарга нь зөвхөн туслах үүрэг гүйцэтгэдэг.
Өнгөлсөн вафли
Эпитаксиал өсөлтийн аргууд
Молекулын цацрагийн эпитакси (MBE): Энэ нь хэт өндөр вакуум нөхцөлд хийгддэг хагас дамжуулагч эпитаксиал өсөлтийн технологи юм. Энэ техникт эх материалыг атом эсвэл молекулын цацраг хэлбэрээр ууршуулж, дараа нь талст суурь дээр байрлуулдаг. MBE нь атомын түвшинд хадгалагдсан материалын зузааныг нарийн хянах боломжтой маш нарийн бөгөөд хянах боломжтой хагас дамжуулагч нимгэн хальсан өсөлтийн технологи юм.
Металл органик CVD (MOCVD): MOCVD процесст шаардлагатай элементүүдийг агуулсан органик металл ба гидрид хий N хийг зохих температурт суурь дээр нийлүүлж, шаардлагатай хагас дамжуулагч материалыг үүсгэхийн тулд химийн урвалд орж, суурь дээр хуримтлуулж, үлдсэн нэгдлүүд болон урвалын бүтээгдэхүүнийг гадагшлуулна.
Уурын фазын эпитакси (УФЭ): Уурын фазын эпитакси нь хагас дамжуулагч төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд түгээмэл хэрэглэгддэг чухал технологи юм. Үндсэн зарчим нь зөөгч хий дэх элементийн бодис эсвэл нэгдлүүдийн уурыг зөөвөрлөх, химийн урвалаар дамжуулан субстрат дээр талстуудыг хуримтлуулах явдал юм.
Эпитаксийн процесс ямар асуудлыг шийддэг вэ?
Зөвхөн бөөнөөр нь дан талст материалууд нь янз бүрийн хагас дамжуулагч төхөөрөмж үйлдвэрлэх өсөн нэмэгдэж буй хэрэгцээг хангаж чадахгүй. Тиймээс 1959 оны сүүлээр нимгэн давхаргатай дан талст материалын өсөлтийн технологи болох эпитаксиал өсөлтийг боловсруулсан. Тэгэхээр эпитаксиал технологи нь материалын хөгжилд ямар тодорхой хувь нэмэр оруулдаг вэ?
Цахиурын хувьд цахиурын эпитаксиал өсөлтийн технологи эхлэх үед цахиурын өндөр давтамжтай болон өндөр хүчин чадалтай транзистор үйлдвэрлэхэд үнэхээр хэцүү үе байсан. Транзисторын зарчмын үүднээс авч үзвэл өндөр давтамжтай болон өндөр хүчийг олж авахын тулд коллекторын хэсгийн задаргааны хүчдэл өндөр, цуваа эсэргүүцэл бага байх ёстой, өөрөөр хэлбэл ханалтын хүчдэлийн уналт бага байх ёстой. Эхнийх нь цуглуулах хэсгийн материалын эсэргүүцэл өндөр байхыг шаарддаг бол сүүлийнх нь цуглуулах хэсгийн материалын эсэргүүцэл бага байхыг шаарддаг. Хоёр муж нь хоорондоо зөрчилддөг. Хэрэв цуваа эсэргүүцлийг бууруулахын тулд коллекторын хэсгийн материалын зузааныг багасгавал цахиурын хавтанг боловсруулахад хэтэрхий нимгэн, эмзэг болно. Хэрэв материалын эсэргүүцэл буурвал эхний шаардлагад харшлах болно. Гэсэн хэдий ч эпитаксиал технологийн хөгжил амжилттай болсон. Энэ бэрхшээлийг шийдсэн.
Шийдэл: Маш бага эсэргүүцэлтэй суурь дээр өндөр эсэргүүцэлтэй эпитаксиал давхаргыг ургуулж, төхөөрөмжийг эпитаксиал давхарга дээр байрлуулна. Энэхүү өндөр эсэргүүцэлтэй эпитаксиал давхарга нь хоолойг өндөр эвдрэлийн хүчдэлтэй байлгахыг баталгаажуулдаг бол бага эсэргүүцэлтэй суурь нь суурь хэсгийн эсэргүүцлийг бууруулж, улмаар ханалтын хүчдэлийн уналтыг бууруулж, улмаар энэ хоёрын хоорондох зөрчилдөөнийг арилгана.
Үүнээс гадна, GaAs болон бусад III-V, II-VI болон бусад молекулын нэгдлийн хагас дамжуулагч материалын уурын фазын эпитакси, шингэн фазын эпитакси зэрэг эпитакси технологиуд мөн ихээхэн хөгжсөн бөгөөд ихэнх богино долгионы төхөөрөмж, оптоэлектрон төхөөрөмж, цахилгаан эрчим хүчний үндэс суурь болсон. Энэ нь төхөөрөмж үйлдвэрлэх, ялангуяа молекулын цацраг болон металлын органик уурын фазын эпитакси технологийг нимгэн давхарга, супер тор, квант худаг, суналтын супер тор, атомын түвшний нимгэн давхаргын эпитаксид амжилттай хэрэгжүүлэхэд зайлшгүй шаардлагатай процессын технологи бөгөөд энэ нь хагас дамжуулагчийн судалгааны шинэ алхам юм. Энэ салбарт "эрчим хүчний бүсийн инженерчлэл"-ийн хөгжил нь бат бөх суурийг тавьсан.
Практик хэрэглээнд өргөн зурвасын завсартай хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг бараг үргэлж эпитаксиаль давхарга дээр хийдэг бөгөөд цахиурын карбидын вафли нь зөвхөн суурь болж үйлчилдэг. Тиймээс эпитаксиаль давхаргыг хянах нь өргөн зурвасын завсартай хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн чухал хэсэг юм.
Эпитаксийн технологийн 7 үндсэн ур чадвар
1. Өндөр (бага) эсэргүүцэлтэй эпитаксиал давхаргыг бага (өндөр) эсэргүүцэлтэй суурь дээр эпитаксиал аргаар ургуулж болно.
2. N (P) төрлийн эпитаксиал давхаргыг P (N) төрлийн суурь дээр эпитаксиал аргаар ургуулж, PN уулзварыг шууд үүсгэж болно. Диффузийн аргыг ашиглан дан талст суурь дээр PN уулзвар үүсгэхэд нөхөн олговрын асуудал гарахгүй.
3. Маскийн технологитой хослуулан сонгомол эпитаксиал ургалтыг зориулалтын газарт гүйцэтгэж, тусгай бүтэцтэй интеграл хэлхээ, төхөөрөмж үйлдвэрлэх нөхцөлийг бүрдүүлдэг.
4. Эпитаксиал өсөлтийн үйл явцын үед допинг хийх төрөл болон концентрацийг хэрэгцээ шаардлагаас хамааран өөрчилж болно. Концентрацийн өөрчлөлт нь гэнэтийн өөрчлөлт эсвэл удаан өөрчлөлт байж болно.
5. Энэ нь олон төрлийн, олон давхаргат, олон бүрэлдэхүүнтэй нэгдлүүд болон хувьсах бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй хэт нимгэн давхаргуудыг ургуулж чаддаг.
6. Эпитаксиал өсөлтийг материалын хайлах цэгээс бага температурт хийж болох бөгөөд өсөлтийн хурдыг хянах боломжтой бөгөөд атомын түвшний зузаантай эпитаксиал өсөлтийг бий болгож болно.
7. Энэ нь GaN, гуравдагч болон дөрөвдөгч нэгдлүүдийн нэг талст давхарга гэх мэт татах боломжгүй дан талст материалыг ургуулж чаддаг.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 5-р сарын 13