Pochodzenie nazwy płytka epitaksjalna
Najpierw spopularyzujmy małą koncepcję: przygotowanie wafli obejmuje dwa główne ogniwa: przygotowanie podłoża i proces epitaksjalny. Podłoże to wafel wykonany z półprzewodnikowego materiału monokrystalicznego. Podłoże może bezpośrednio wejść do procesu produkcji wafli w celu wytworzenia urządzeń półprzewodnikowych lub może być przetwarzane w procesach epitaksjalnych w celu wytworzenia wafli epitaksjalnych. Epitaksja odnosi się do procesu wzrostu nowej warstwy monokryształu na podłożu monokrystalicznym, które zostało starannie przetworzone przez cięcie, szlifowanie, polerowanie itp. Nowy monokryształ może być tego samego materiału co podłoże lub może być innym materiałem (jednorodnym) epitaksja lub heteroepitaksja). Ponieważ nowa warstwa pojedynczego kryształu rozszerza się i rośnie zgodnie z fazą krystaliczną podłoża, nazywa się ją warstwą epitaksjalną (grubość wynosi zwykle kilka mikronów, biorąc krzem jako przykład: znaczenie wzrostu epitaksjalnego krzemu to na podłożu monokrystalicznym krzemu o określonej orientacji kryształu. Powstaje warstwa kryształu o dobrej integralności struktury sieciowej i różnej rezystywności i grubości przy tej samej orientacji kryształu co podłoże), a podłoże z warstwą epitaksjalną nazywa się płytką epitaksjalną (płytka epitaksjalna = warstwa epitaksjalna + podłoże). Gdy urządzenie jest wykonane na warstwie epitaksjalnej, nazywa się to epitaksją dodatnią. Jeśli urządzenie jest wykonane na podłożu, nazywa się to epitaksją odwrotną. W tym czasie warstwa epitaksjalna odgrywa tylko rolę pomocniczą.
Polerowany wafel
Metody wzrostu epitaksjalnego
Epitaksja z wiązek molekularnych (MBE): Jest to technologia epitaksjalnego wzrostu półprzewodników wykonywana w warunkach ultrawysokiej próżni. W tej technice materiał źródłowy jest odparowywany w formie wiązki atomów lub cząsteczek, a następnie osadzany na krystalicznym podłożu. MBE to bardzo precyzyjna i kontrolowana technologia wzrostu cienkich warstw półprzewodników, która może precyzyjnie kontrolować grubość osadzanego materiału na poziomie atomowym.
CVD z związków metaloorganicznych (MOCVD): W procesie MOCVD metal organiczny i gaz wodorkowy N zawierający wymagane pierwiastki są dostarczane do podłoża w odpowiedniej temperaturze, poddawane reakcji chemicznej w celu wytworzenia wymaganego materiału półprzewodnikowego, a następnie osadzane na podłożu, podczas gdy pozostałe związki i produkty reakcji są usuwane.
Epitaksja z fazy gazowej (VPE): Epitaksja z fazy gazowej to ważna technologia powszechnie stosowana w produkcji urządzeń półprzewodnikowych. Podstawową zasadą jest transport pary pierwiastków lub związków w gazie nośnym i osadzanie kryształów na podłożu poprzez reakcje chemiczne.
Jakie problemy rozwiązuje proces epitaksji?
Tylko materiały monokrystaliczne w masie nie mogą sprostać rosnącym potrzebom produkcji różnych urządzeń półprzewodnikowych. Dlatego też pod koniec 1959 r. opracowano epitaksjalny wzrost, technologię wzrostu cienkich warstw monokrystalicznego materiału. Jaki więc konkretny wkład w rozwój materiałów ma technologia epitaksji?
W przypadku krzemu, gdy technologia epitaksjalnego wzrostu krzemu rozpoczęła się, był to naprawdę trudny czas dla produkcji krzemowych tranzystorów o wysokiej częstotliwości i dużej mocy. Z perspektywy zasad tranzystorowych, aby uzyskać wysoką częstotliwość i dużą moc, napięcie przebicia obszaru kolektora musi być wysokie, a rezystancja szeregowa musi być mała, to znaczy spadek napięcia nasycenia musi być mały. Pierwsze wymaga, aby rezystywność materiału w obszarze zbierającym była wysoka, podczas gdy drugie wymaga, aby rezystywność materiału w obszarze zbierającym była niska. Te dwie prowincje są ze sobą sprzeczne. Jeśli grubość materiału w obszarze kolektora zostanie zmniejszona w celu zmniejszenia rezystancji szeregowej, płytka krzemowa będzie zbyt cienka i krucha, aby można ją było przetworzyć. Jeśli rezystywność materiału zostanie zmniejszona, będzie to sprzeczne z pierwszym wymogiem. Jednak rozwój technologii epitaksjalnej zakończył się sukcesem. rozwiązał tę trudność.
Rozwiązanie: Wyhoduj warstwę epitaksjalną o wysokiej rezystywności na podłożu o ekstremalnie niskiej rezystywności i wykonaj urządzenie na warstwie epitaksjalnej. Ta warstwa epitaksjalna o wysokiej rezystywności zapewnia, że lampa ma wysokie napięcie przebicia, podczas gdy podłoże o niskiej rezystywności zmniejsza również rezystancję podłoża, zmniejszając tym samym spadek napięcia nasycenia, rozwiązując tym samym sprzeczność między tymi dwoma.
Ponadto technologie epitaksji, takie jak epitaksja w fazie gazowej i epitaksja w fazie ciekłej GaAs i innych materiałów półprzewodnikowych III-V, II-VI i innych związków molekularnych, zostały również znacznie rozwinięte i stały się podstawą większości urządzeń mikrofalowych, urządzeń optoelektronicznych, mocy. Jest to niezbędna technologia procesowa do produkcji urządzeń, zwłaszcza udane zastosowanie technologii epitaksji wiązki molekularnej i metaloorganicznej w fazie gazowej w cienkich warstwach, supersieciach, studniach kwantowych, naprężonych supersieciach i epitaksji cienkowarstwowej na poziomie atomowym, co stanowi nowy krok w badaniach nad półprzewodnikami. Rozwój „inżynierii pasa energetycznego” w tej dziedzinie położył solidne podstawy.
W zastosowaniach praktycznych, urządzenia półprzewodnikowe o szerokiej przerwie energetycznej są prawie zawsze wytwarzane na warstwie epitaksjalnej, a sam wafer węglika krzemu służy jedynie jako podłoże. Dlatego kontrola warstwy epitaksjalnej jest ważną częścią przemysłu półprzewodników o szerokiej przerwie energetycznej.
7 głównych umiejętności w technologii epitaksji
1. Warstwy epitaksjalne o wysokiej (niskiej) rezystancji można wytwarzać epitaksjalnie na podłożach o niskiej (wysokiej) rezystancji.
2. Warstwę epitaksjalną typu N (P) można epitaksjalnie wyhodować na podłożu typu P (N), aby utworzyć złącze PN bezpośrednio. Nie ma problemu z kompensacją, gdy stosuje się metodę dyfuzyjną do utworzenia złącza PN na podłożu monokrystalicznym.
3. W połączeniu z technologią maskową, selektywny wzrost epitaksjalny odbywa się w wyznaczonych obszarach, stwarzając warunki do produkcji układów scalonych i urządzeń o specjalnych strukturach.
4. Rodzaj i stężenie domieszki można zmieniać w zależności od potrzeb podczas procesu wzrostu epitaksjalnego. Zmiana stężenia może być nagła lub powolna.
5. Może tworzyć heterogeniczne, wielowarstwowe, wieloskładnikowe związki i ultracienkie warstwy o zmiennych składnikach.
6. Wzrost epitaksjalny można przeprowadzić w temperaturze niższej niż temperatura topnienia materiału, szybkość wzrostu jest kontrolowana, a wzrost epitaksjalny grubości na poziomie atomowym można osiągnąć.
7. Może wytwarzać materiały monokrystaliczne, których nie można wyciągnąć, takie jak GaN, warstwy monokrystaliczne związków trzeciorzędowych i czwartorzędowych itp.
Czas publikacji: 13-05-2024