فرآیند اپیتاکسی نیمه هادی چیست؟

ساخت مدارهای مجتمع یا دستگاه های نیمه هادی بر روی یک لایه پایه کریستالی کامل ایده آل است. ایناپیتاکسیهدف فرآیند (epi) در ساخت نیمه هادی، قرار دادن یک لایه تک کریستالی خوب، معمولاً حدود 0.5 تا 20 میکرون، بر روی یک بستر تک کریستالی است. فرآیند اپیتاکسی گام مهمی در ساخت دستگاه های نیمه هادی به ویژه در ساخت ویفر سیلیکونی است.

فرآیند اپیتاکسی (epi) در تولید نیمه هادی

مروری بر اپیتاکسی در ساخت نیمه هادی

چیست فرآیند اپیتاکسی (epi) در تولید نیمه هادی اجازه می دهد تا یک لایه کریستالی نازک در یک جهت معین در بالای یک بستر کریستالی رشد کند.

هدف در تولید نیمه هادی، هدف فرآیند اپیتاکسی انتقال موثرتر الکترون ها از طریق دستگاه است. در ساخت دستگاه های نیمه هادی، لایه های اپیتاکسی برای پالایش و یکنواخت ساختن سازه گنجانده شده است.

فرآیند Theاپیتاکسیفرآیند اجازه می دهد تا لایه های همپایی با خلوص بالاتر روی بستری از همان ماده رشد کنند. در برخی از مواد نیمه هادی، مانند ترانزیستورهای دوقطبی ناهمگون (HBTs) یا ترانزیستورهای اثر میدان نیمه هادی اکسید فلزی (MOSFET)، فرآیند اپیتاکسی برای رشد لایه ای از مواد متفاوت از بستر استفاده می شود. این فرآیند اپیتاکسی است که امکان رشد یک لایه دوپ شده با چگالی کم را روی لایه ای از مواد بسیار دوپ شده فراهم می کند.

مروری بر فرآیند اپیتاکسی در ساخت نیمه هادی ها

چیست فرآیند اپیتاکسی (epi) در تولید نیمه هادی اجازه می دهد تا یک لایه کریستالی نازک در یک جهت معین در بالای یک بستر کریستالی رشد کند.

هدف در تولید نیمه هادی، هدف فرآیند اپیتاکسی این است که الکترون های منتقل شده از طریق دستگاه را با کارایی بیشتری انجام دهد. در ساخت دستگاه های نیمه هادی، لایه های اپیتاکسی برای اصلاح و یکنواخت ساختن سازه گنجانده شده است.

فرآیند اپیتاکسی اجازه می دهد تا لایه های اپیتاکسیال با خلوص بالاتر بر روی بستری از همان ماده رشد کنند. در برخی از مواد نیمه هادی، مانند ترانزیستورهای دوقطبی ناهمگون (HBTs) یا ترانزیستورهای اثر میدان نیمه هادی اکسید فلزی (MOSFET)، فرآیند اپیتاکسی برای رشد لایه ای از مواد متفاوت از بستر استفاده می شود. این فرآیند اپیتاکسی است که امکان رشد یک لایه دوپ شده با چگالی کم را روی لایه ای از مواد بسیار دوپ شده فراهم می کند.

انواع فرآیندهای اپیتاکسیال در ساخت نیمه هادی

در فرآیند اپیتاکسیال، جهت رشد توسط کریستال بستر زیرین تعیین می شود. بسته به تکرار رسوب، می تواند یک یا چند لایه اپیتاکسیال وجود داشته باشد. فرآیندهای اپیتاکسیال را می توان برای تشکیل لایه های نازکی از مواد استفاده کرد که از نظر ترکیب شیمیایی و ساختار با بستر زیرین یکسان یا متفاوت هستند.

دو نوع فرآیند Epi

خصوصیاتهمواپیتاکسی هتروپیتاکسی

لایه های رشد لایه رشد همپایه همان ماده لایه زیرلایه است. لایه رشد همپای ماده ای متفاوت از لایه زیرلایه است.

ساختار بلوری و شبکه ساختار کریستالی و ثابت شبکه لایه زیرلایه و لایه همپایه یکسان است ساختار بلوری و ثابت شبکه لایه زیرلایه و لایه همپایه متفاوت است.

مثالها رشد همبستگی سیلیکون با خلوص بالا بر روی بستر سیلیکونی رشد همبستگی آرسنید گالیم بر روی بستر سیلیکونی

کاربردها ساختارهای دستگاه نیمه هادی که به لایه هایی از سطوح مختلف دوپینگ یا لایه های خالص روی بسترهای کم خالص نیاز دارند سازه های دستگاه نیمه هادی که به لایه هایی از مواد مختلف نیاز دارند یا لایه های کریستالی از مواد ساختمانی که نمی توان آنها را به صورت تک کریستال به دست آورد.

دو نوع فرآیند Epi

خصوصیات همواپیتاکسی هترواپیتاکسی

لایه رشد لایه رشد اپیتاکسیال همان ماده لایه زیرلایه است. لایه رشد همپای ماده ای متفاوت از لایه زیرلایه است.

ساختار کریستالی و شبکه ساختار کریستالی و ثابت شبکه لایه زیرلایه و لایه همپایی یکسان است ساختار بلوری و ثابت شبکه لایه زیرلایه و لایه همپایه متفاوت است.

مثالها رشد همبستگی سیلیکون با خلوص بالا بر روی بستر سیلیکونی رشد همبستگی آرسنید گالیم بر روی بستر سیلیکونی

کاربردها ساختارهای دستگاه نیمه هادی که به لایه هایی از سطوح مختلف دوپینگ یا لایه های خالص روی بسترهای کم خالص نیاز دارند سازه های دستگاه نیمه هادی که به لایه هایی از مواد مختلف نیاز دارند یا لایه های کریستالی از مواد می سازند که نمی توانند به صورت تک کریستال به دست آیند.

عوامل موثر بر فرآیندهای همپایی در ساخت نیمه هادی

توضیحات فاکتورها

دما بر میزان اپیتاکسی و چگالی لایه همپایی تأثیر می گذارد. دمای مورد نیاز برای فرآیند اپیتاکسی بالاتر از دمای اتاق است و مقدار آن به نوع اپیتاکسی بستگی دارد.

فشار بر میزان اپیتاکسی و چگالی لایه همپایی تأثیر می گذارد.

نقص نقص در اپیتاکسی منجر به ویفر معیوب می شود. شرایط فیزیکی مورد نیاز برای فرآیند اپیتاکسی باید برای رشد لایه اپیتاکسی بدون نقص حفظ شود.

موقعیت مطلوب فرآیند اپیتاکسی باید در موقعیت صحیح کریستال رشد کند. برای جلوگیری از رشد، مناطقی که در آن رشد مطلوب نیست باید به خوبی پوشش داده شوند.

خود دوپینگ از آنجایی که فرآیند اپیتاکسی در دماهای بالا انجام می شود، اتم های ناخالص ممکن است قادر به ایجاد تغییراتی در ماده باشند.

شرح فاکتور

دما بر میزان اپیتاکسی و چگالی لایه اپیتاکسیال تأثیر می گذارد. دمای مورد نیاز برای فرآیند اپیتاکسی بالاتر از دمای اتاق است و مقدار آن به نوع اپیتاکسی بستگی دارد.

فشار بر میزان اپیتاکسی و چگالی لایه همپایی تأثیر می گذارد.

نقص نقص در اپیتاکسی منجر به ویفر معیوب می شود. شرایط فیزیکی مورد نیاز برای فرآیند اپیتاکسی باید برای رشد لایه اپیتاکسی بدون نقص حفظ شود.

مکان مورد نظر فرآیند اپیتاکسی باید در محل مناسب کریستال رشد کند. مناطقی که در طی این فرآیند رشد مطلوبی ندارند باید به طور مناسب پوشش داده شوند تا از رشد جلوگیری شود.

خود دوپینگ از آنجایی که فرآیند اپیتاکسی در دماهای بالا انجام می شود، اتم های ناخالص ممکن است قادر به ایجاد تغییراتی در ماده باشند.

چگالی و سرعت همپایی

چگالی رشد اپیتاکسیال تعداد اتم ها در واحد حجم ماده در لایه رشد همپایه است. عواملی مانند دما، فشار و نوع زیرلایه نیمه هادی بر رشد اپیتاکسیال تأثیر می گذارد. به طور کلی، چگالی لایه اپیتاکسیال با عوامل فوق متفاوت است. سرعت رشد لایه اپیتاکسی را نرخ اپیتاکسی می نامند.

اگر اپیتاکسی در مکان و جهت مناسب رشد کند، سرعت رشد بالا خواهد بود و بالعکس. مشابه چگالی لایه همپایی، نرخ اپیتاکسی نیز به عوامل فیزیکی مانند دما، فشار و نوع ماده زیرلایه بستگی دارد.

سرعت اپیتاکسیال در دماهای بالا و فشارهای پایین افزایش می یابد. نرخ اپیتاکسی همچنین به جهت ساختار بستر، غلظت واکنش دهنده ها و تکنیک رشد مورد استفاده بستگی دارد.

روشهای فرآیند اپیتاکسی

چندین روش اپیتاکسی وجود دارد:اپیتاکسی فاز مایع (LPE)اپیتاکسی فاز بخار هیبریدی، اپیتاکسی فاز جامد،رسوب لایه اتمی, رسوب بخار شیمیایی, اپیتاکسی پرتو مولکولیو غیره بیایید دو فرآیند اپیتاکسی را با هم مقایسه کنیم: CVD و MBE.

رسوب شیمیایی بخار (CVD) اپیتاکسی پرتو مولکولی (MBE)

فرآیند شیمیایی فرآیند فیزیکی

شامل یک واکنش شیمیایی است که زمانی رخ می دهد که یک پیش ساز گاز با یک بستر گرم شده در یک محفظه رشد یا راکتور برخورد می کند.

کنترل دقیق فرآیند رشد فیلم کنترل دقیق ضخامت و ترکیب لایه رشد یافته

برای کاربردهایی که به لایه‌های همپایی با کیفیت بالا نیاز دارند برای کاربردهایی که به لایه‌های اپیتاکسیال بسیار ظریف نیاز دارند

متداول ترین روش مورد استفاده روش گران تر

فرآیند شیمیایی فرآیند فیزیکی

شامل یک واکنش شیمیایی است که زمانی رخ می دهد که یک پیش ساز گاز با یک بستر گرم شده در یک محفظه رشد یا راکتور برخورد می کند.

کنترل دقیق فرآیند رشد لایه نازک کنترل دقیق ضخامت و ترکیب لایه رشد یافته

مورد استفاده در برنامه هایی که نیاز به لایه های همپایی با کیفیت بالا دارند مورد استفاده در برنامه هایی که نیاز به لایه های اپیتاکسیال بسیار ظریف دارند.

متداول ترین روش استفاده روش گران تر

فرآیند اپیتاکسی در تولید نیمه هادی حیاتی است. عملکرد را بهینه می کند

دستگاه های نیمه هادی و مدارهای مجتمع این یکی از فرآیندهای اصلی در ساخت دستگاه های نیمه هادی است که بر کیفیت، ویژگی ها و عملکرد الکتریکی دستگاه تأثیر می گذارد.