Что такое процесс эпитаксии полупроводников?

Идеально подходит для создания интегральных схем или полупроводниковых устройств на идеальном кристаллическом базовом слое.эпитаксия(epi) процесс в производстве полупроводников направлен на осаждение тонкого монокристаллического слоя, обычно толщиной от 0,5 до 20 микрон, на монокристаллическую подложку. Процесс эпитаксии является важным этапом в производстве полупроводниковых приборов, особенно при производстве кремниевых пластин.

Процесс эпитаксии (эпи) в производстве полупроводников

Обзор эпитаксии в производстве полупроводников
Что это такое	Процесс эпитаксии (эпи) в производстве полупроводников позволяет выращивать тонкий кристаллический слой в заданной ориентации поверх кристаллической подложки.
Цель	В производстве полупроводников цель процесса эпитаксии — повысить эффективность транспорта электронов через устройство. В конструкцию полупроводниковых приборов включаются слои эпитаксии, чтобы улучшить и сделать структуру однородной.
Процесс	Процесс эпитаксии позволяет выращивать эпитаксиальные слои более высокой чистоты на подложке из того же материала. В некоторых полупроводниковых материалах, таких как биполярные транзисторы с гетеропереходом (HBT) или металлооксидно-полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET), процесс эпитаксии используется для выращивания слоя материала, отличного от подложки. Именно процесс эпитаксии позволяет вырастить легированный слой низкой плотности на слое высоколегированного материала.

Обзор эпитаксии в производстве полупроводников

Что это? Процесс эпитаксии (эпи) в производстве полупроводников позволяет выращивать тонкий кристаллический слой в заданной ориентации поверх кристаллической подложки.

Цель При производстве полупроводников целью процесса эпитаксии является повышение эффективности транспорта электронов через устройство. В конструкцию полупроводниковых приборов включаются слои эпитаксии, чтобы улучшить и сделать структуру однородной.

ПроцессэпитаксияЭтот процесс позволяет выращивать эпитаксиальные слои более высокой чистоты на подложке из того же материала. В некоторых полупроводниковых материалах, таких как биполярные транзисторы с гетеропереходом (HBT) или металлооксидно-полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET), процесс эпитаксии используется для выращивания слоя материала, отличного от подложки. Именно процесс эпитаксии позволяет вырастить легированный слой низкой плотности на слое высоколегированного материала.

Обзор процесса эпитаксии в производстве полупроводников

Что это такое. Процесс эпитаксии (эпитаксии) в производстве полупроводников позволяет выращивать тонкий кристаллический слой в заданной ориентации поверх кристаллической подложки.

Цель процесса эпитаксии в производстве полупроводников — повысить эффективность транспортировки электронов через устройство. В конструкцию полупроводниковых приборов включаются слои эпитаксии, чтобы улучшить и сделать структуру однородной.

Процесс эпитаксии позволяет выращивать эпитаксиальные слои более высокой чистоты на подложке из того же материала. В некоторых полупроводниковых материалах, таких как биполярные транзисторы с гетеропереходом (HBT) или металлооксидно-полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET), процесс эпитаксии используется для выращивания слоя материала, отличного от подложки. Именно процесс эпитаксии позволяет вырастить легированный слой низкой плотности на слое высоколегированного материала.

Виды эпитаксиальных процессов в производстве полупроводников

В эпитаксиальном процессе направление роста определяется лежащим под ним кристаллом подложки. В зависимости от повторяемости осаждения может быть один или несколько эпитаксиальных слоев. Эпитаксиальные процессы можно использовать для формирования тонких слоев материала, который по химическому составу и структуре такой же или отличается от подложки.

Два типа эпипроцессов
Характеристики	Гомоэпитаксия	Гетероэпитаксия
Слои роста	Слой эпитаксиального роста изготовлен из того же материала, что и слой подложки.	Слой эпитаксиального роста представляет собой материал, отличный от слоя подложки.
Кристаллическая структура и решетка	Кристаллическая структура и постоянная решетки подложки и эпитаксиального слоя одинаковы.	Кристаллическая структура и постоянная решетки подложки и эпитаксиального слоя различны.
Примеры	Эпитаксиальный рост кремния высокой чистоты на кремниевой подложке	Эпитаксиальный рост арсенида галлия на кремниевой подложке
Приложения	Структуры полупроводниковых приборов, требующие слоев с разным уровнем легирования или чистых пленок на менее чистых подложках.	Структуры полупроводниковых устройств, требующие слоев различных материалов или создания кристаллических пленок материалов, которые невозможно получить в виде монокристаллов.

Два типа эпипроцессов

ХарактеристикиГомоэпитаксия Гетероэпитаксия

Слои роста Эпитаксиальный слой роста представляет собой тот же материал, что и слой подложки. Эпитаксиальный слой роста представляет собой материал, отличный от слоя подложки.

Кристаллическая структура и решетка. Кристаллическая структура и постоянная решетки подложки и эпитаксиального слоя одинаковы. Кристаллическая структура и постоянная решетки подложки и эпитаксиального слоя различны.

Примеры Эпитаксиальный рост кремния высокой чистоты на кремниевой подложке Эпитаксиальный рост арсенида галлия на кремниевой подложке

Области применения Структуры полупроводниковых приборов, требующие слоев с разным уровнем легирования или чистые пленки на менее чистых подложках. Структуры полупроводниковых приборов, требующие слоев различных материалов или создание кристаллических пленок из материалов, которые невозможно получить в виде монокристаллов.

Два типа эпипроцессов

Характеристики Гомоэпитаксии Гетероэпитаксии

Слой роста Эпитаксиальный слой роста представляет собой тот же материал, что и слой подложки. Эпитаксиальный слой роста представляет собой другой материал, чем слой подложки.

Кристаллическая структура и решетка. Кристаллическая структура и постоянная решетки подложки и эпитаксиального слоя одинаковы. Кристаллическая структура и постоянная решетки подложки и эпитаксиального слоя различны.

Примеры Эпитаксиальный рост кремния высокой чистоты на кремниевой подложке Эпитаксиальный рост арсенида галлия на кремниевой подложке

Области применения Структуры полупроводниковых приборов, для которых требуются слои с разным уровнем легирования или чистые пленки на менее чистых подложках Структуры полупроводниковых приборов, для которых требуются слои различных материалов или создаются кристаллические пленки из материалов, которые невозможно получить в виде монокристаллов.

Факторы, влияющие на эпитаксиальные процессы в производстве полупроводников

 

Факторы	Описание
Температура	Влияет на скорость эпитаксии и плотность эпитаксиального слоя. Температура, необходимая для процесса эпитаксии, выше комнатной температуры, и это значение зависит от типа эпитаксии.
Давление	Влияет на скорость эпитаксии и плотность эпитаксиального слоя.
Дефекты	Дефекты эпитаксии приводят к дефектам пластин. Для бездефектного роста эпитаксиального слоя необходимо поддерживать необходимые для процесса эпитаксии физические условия.
Желаемая позиция	Процесс эпитаксии должен расти в правильном положении кристалла. Области, где рост нежелателен во время процесса, должны быть надлежащим образом покрыты, чтобы предотвратить рост.
Самодопинг	Поскольку процесс эпитаксии осуществляется при высоких температурах, атомы легирующей примеси могут вызывать изменения в материале.

Факторы Описание

Температура Влияет на скорость эпитаксии и плотность эпитаксиального слоя. Температура, необходимая для процесса эпитаксии, выше комнатной температуры, и это значение зависит от типа эпитаксии.

Давление Влияет на скорость эпитаксии и плотность эпитаксиального слоя.

Дефекты Дефекты эпитаксии приводят к дефекту пластин. Для бездефектного роста эпитаксиального слоя необходимо поддерживать необходимые для процесса эпитаксии физические условия.

Желаемое положение. Процесс эпитаксии должен расти в правильном положении кристалла. Области, где рост нежелателен во время процесса, должны быть надлежащим образом покрыты, чтобы предотвратить рост.

Самолегирование. Поскольку процесс эпитаксии осуществляется при высоких температурах, атомы легирующей примеси могут вызывать изменения в материале.

Фактор Описание

Температура Влияет на скорость эпитаксии и плотность эпитаксиального слоя. Температура, необходимая для эпитаксиального процесса, выше комнатной, и ее значение зависит от типа эпитаксии.

Давление влияет на скорость эпитаксии и плотность эпитаксиального слоя.

Дефекты Дефекты эпитаксии приводят к дефекту пластин. Для бездефектного роста эпитаксиального слоя необходимо поддерживать необходимые для процесса эпитаксии физические условия.

Желаемое место. Процесс эпитаксии должен расти в правильном месте кристалла. Области, где рост во время этого процесса нежелателен, должны быть надлежащим образом покрыты, чтобы предотвратить рост.

Самолегирование. Поскольку процесс эпитаксии осуществляется при высоких температурах, атомы легирующей примеси могут вызывать изменения в материале.

Эпитаксиальная плотность и скорость

Плотность эпитаксиального роста — это количество атомов в единице объема материала в слое эпитаксиального роста. Такие факторы, как температура, давление и тип полупроводниковой подложки, влияют на эпитаксиальный рост. Обычно плотность эпитаксиального слоя варьируется в зависимости от вышеуказанных факторов. Скорость роста эпитаксиального слоя называется скоростью эпитаксии.

Если эпитаксия выращивается в правильном месте и ориентации, скорость роста будет высокой, и наоборот. Подобно плотности эпитаксиального слоя, скорость эпитаксии также зависит от физических факторов, таких как температура, давление и тип материала подложки.

Скорость эпитаксии увеличивается при высоких температурах и низких давлениях. Скорость эпитаксии также зависит от ориентации структуры подложки, концентрации реагентов и используемой методики выращивания.

Методы процесса эпитаксии

Существует несколько методов эпитаксии:жидкофазная эпитаксия (ЖФЭ), гибридная парофазная эпитаксия, твердофазная эпитаксия,атомно-слоевое осаждение, химическое осаждение из паровой фазы, молекулярно-лучевая эпитаксияи т. д. Сравним два процесса эпитаксии: CVD и MBE.

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ)

Химический процесс Физический процесс

Включает химическую реакцию, которая происходит, когда предшественник газа встречается с нагретой подложкой в ​​камере или реакторе. Осаждаемый материал нагревается в условиях вакуума.

Точный контроль процесса выращивания пленки Точный контроль толщины и состава выращиваемого слоя

Для применений, требующих высококачественных эпитаксиальных слоев. Для применений, требующих очень тонких эпитаксиальных слоев.

Самый распространенный метод Более дорогой метод

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD)	Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ)
Химический процесс	Физический процесс
Включает химическую реакцию, которая происходит, когда предшественник газа встречается с нагретой подложкой в ​​камере или реакторе для выращивания.	Наносимый материал нагревается в условиях вакуума.
Точный контроль процесса роста тонких пленок	Точный контроль толщины и состава выращиваемого слоя
Используется в приложениях, требующих высококачественных эпитаксиальных слоев.	Используется в приложениях, требующих очень тонких эпитаксиальных слоев.
Наиболее часто используемый метод	Более дорогой метод

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ)

Химический процесс Физический процесс

Включает химическую реакцию, которая происходит, когда предшественник газа встречается с нагретой подложкой в ​​камере или реакторе. Осаждаемый материал нагревается в условиях вакуума.

Точный контроль процесса выращивания тонких пленок. Точный контроль толщины и состава выращиваемого слоя.

Используется в приложениях, требующих высококачественных эпитаксиальных слоев. Используется в приложениях, требующих чрезвычайно тонких эпитаксиальных слоев.

Самый распространенный метод Более дорогой метод

Процесс эпитаксии имеет решающее значение в производстве полупроводников; это оптимизирует производительность

полупроводниковые приборы и интегральные схемы. Это один из основных процессов в производстве полупроводниковых приборов, который влияет на качество, характеристики и электрические характеристики устройств.