Походження назви епітаксіальної пластини
Спочатку давайте популяризуємо невелику концепцію: підготовка пластин включає два основні етапи: підготовку підкладки та епітаксіальний процес. Підкладка - це пластина, виготовлена з напівпровідникового монокристалічного матеріалу. Підкладка може безпосередньо входити в процес виробництва пластини для виробництва напівпровідникових приладів або ж може бути оброблена епітаксіальними процесами для отримання епітаксіальних пластин. Епітаксія - це процес вирощування нового шару монокристала на монокристалічній підкладці, яка була ретельно оброблена різанням, шліфуванням, поліруванням тощо. Новий монокристал може бути з того ж матеріалу, що й підкладка, або з іншого матеріалу (однорідна епітаксія або гетероепітаксія). Оскільки новий шар монокристалів розширюється та зростає відповідно до кристалічної фази підкладки, його називають епітаксійним шаром (товщина зазвичай становить кілька мікронів, наприклад, кремній: епітаксійне зростання кремнію полягає в тому, щоб вирощувати його на монокристалічній підкладці з кремнію з певною орієнтацією кристалів. Шар кристалів з хорошою цілісністю структури решітки та різним опором і товщиною з такою ж орієнтацією кристалів, як і підкладка), а підкладка з епітаксійним шаром називається епітаксійною пластиною (епітаксійна пластина = епітаксійний шар + підкладка). Коли пристрій виготовляється на епітаксійному шарі, це називається позитивною епітаксією. Якщо пристрій виготовляється на підкладці, це називається зворотною епітаксією. У цьому випадку епітаксійний шар відіграє лише допоміжну роль.
Полірована вафля
Епітаксіальні методи росту
Молекулярно-променева епітаксія (MBE): це технологія епітаксіального вирощування напівпровідників, що виконується в умовах надвисокого вакууму. У цій техніці вихідний матеріал випаровується у вигляді пучка атомів або молекул, а потім осаджується на кристалічну підкладку. MBE — це дуже точна та контрольована технологія вирощування тонких плівок напівпровідників, яка дозволяє точно контролювати товщину осадженого матеріалу на атомному рівні.
Металоорганічна CVD (MOCVD): У процесі MOCVD органічний метал та гідридний газ N2, що містить необхідні елементи, подаються на підкладку за відповідної температури, проходять хімічну реакцію для утворення необхідного напівпровідникового матеріалу та осідають на підкладці, тоді як решта сполук та продукти реакції вивантажуються.
Газофазна епітаксія (ГФЕ): Газофазна епітаксія – це важлива технологія, яка широко використовується у виробництві напівпровідникових приладів. Основний принцип полягає в транспортуванні пари елементарних речовин або сполук у газі-носії та осадженні кристалів на підкладці за допомогою хімічних реакцій.
Які проблеми вирішує процес епітаксії?
Тільки об'ємні монокристалічні матеріали не можуть задовольнити зростаючі потреби виробництва різноманітних напівпровідникових приладів. Тому наприкінці 1959 року було розроблено епітаксіальне вирощування, технологію вирощування тонкошарових монокристалічних матеріалів. Тож який конкретний внесок має технологія епітаксії в розвиток матеріалів?
Для кремнію, коли почалася технологія епітаксіального вирощування кремнію, це був справді складний час для виробництва кремнієвих високочастотних та потужних транзисторів. З точки зору принципів транзисторів, для отримання високої частоти та високої потужності, напруга пробою в області колектора повинна бути високою, а послідовний опір - малим, тобто падіння напруги насичення має бути малим. Перше вимагає, щоб питомий опір матеріалу в області колектора був високим, тоді як друге вимагає, щоб питомий опір матеріалу в області колектора був низьким. Ці дві області суперечать одна одній. Якщо товщина матеріалу в області колектора зменшується для зменшення послідовного опору, кремнієва пластина буде занадто тонкою та крихкою для обробки. Якщо питомий опір матеріалу зменшується, це суперечитиме першій вимозі. Однак, розвиток епітаксіальної технології успішно вирішив цю проблему.
Рішення: Виростити епітаксіальний шар з високим опором на підкладці з надзвичайно низьким опором та створити пристрій на епітаксіальному шарі. Цей епітаксіальний шар з високим опором забезпечує високу пробивну напругу лампи, тоді як підкладка з низьким опором також зменшує опір підкладки, тим самим зменшуючи падіння напруги насичення, тим самим вирішуючи суперечність між ними.
Крім того, технології епітаксії, такі як парофазна епітаксія та рідкофазна епітаксія GaAs та інших напівпровідникових матеріалів III-V, II-VI та інших молекулярних сполук, також отримали значний розвиток і стали основою для більшості мікрохвильових пристроїв, оптоелектронних пристроїв, енергетичних пристроїв. Це незамінна технологічна процесна технологія для виробництва пристроїв, особливо успішне застосування технології молекулярно-променевої та металоорганічної парофазної епітаксії в тонких шарах, надґратках, квантових ямах, напружених надґратках та тонкошаровій епітаксії на атомному рівні, що є новим кроком у дослідженнях напівпровідників. Розвиток «інженерії енергетичних поясів» у цій галузі заклав міцну основу.
У практичному застосуванні широкозонні напівпровідникові прилади майже завжди виготовляються на епітаксіальному шарі, а сама пластина карбіду кремнію служить лише підкладкою. Тому контроль епітаксіального шару є важливою частиною промисловості широкозонних напівпровідників.
7 основних навичок у технології епітаксії
1. Епітаксійні шари з високим (низьким) опором можуть бути епітаксійно вирощені на підкладках з низьким (високим) опором.
2. Епітаксійний шар типу N (P) можна епітаксійно вирощувати на підкладці типу P (N) для безпосереднього формування PN-переходу. При використанні методу дифузії для створення PN-переходу на монокристалічній підкладці немає проблем з компенсацією.
3. У поєднанні з масковою технологією селективне епітаксіальне зростання виконується у спеціально відведених зонах, створюючи умови для виробництва інтегральних схем та пристроїв зі спеціальними структурами.
4. Тип та концентрацію легуючої речовини можна змінювати відповідно до потреб під час епітаксіального росту. Зміна концентрації може бути раптовою або повільною.
5. Він може вирощувати гетерогенні, багатошарові, багатокомпонентні сполуки та надтонкі шари зі змінними компонентами.
6. Епітаксіальне зростання може бути виконане за температури нижчої за температуру плавлення матеріалу, швидкість росту є контрольованою, і може бути досягнуто епітаксіального зростання товщиною на атомному рівні.
7. Він може вирощувати монокристалічні матеріали, які неможливо витягнути, такі як GaN, монокристалічні шари третинних та четвертинних сполук тощо.
Час публікації: 13 травня 2024 р.