فناوری آماده سازی اپیتاکسی سیلیکون (Si).

اپیتاکسی سیلیکون (Si).تکنولوژی آماده سازی

رشد اپیتاکسیال چیست؟

· مواد تک کریستالی به تنهایی نمی توانند نیازهای تولید رو به رشد دستگاه های نیمه هادی مختلف را برآورده کنند. در پایان سال 1959، یک لایه نازک ازتک کریستالفناوری رشد مواد - رشد اپیتاکسیال توسعه داده شد.

رشد اپیتاکسیال عبارت است از رشد لایه ای از مواد که الزامات را بر روی یک بستر تک کریستالی که با برش، آسیاب و پرداخت تحت شرایط خاص به دقت پردازش شده است، برآورده می کند. از آنجایی که لایه تک محصولی رشد یافته امتداد شبکه زیرلایه است، لایه ماده رشد یافته لایه همپایی نامیده می شود.

طبقه بندی بر اساس ویژگی های لایه اپیتاکسیال

·همگنی همگن:لایه اپیتاکسیالهمان ماده زیرلایه است که قوام مواد را حفظ می کند و به دستیابی به ساختار محصول با کیفیت و خواص الکتریکی کمک می کند.

·اپیتاکسی ناهمگن:لایه اپیتاکسیالبا مواد بستر متفاوت است. با انتخاب یک بستر مناسب، می‌توان شرایط رشد را بهینه کرد و دامنه کاربرد مواد را افزایش داد، اما باید بر چالش‌های ناشی از عدم تطابق شبکه و اختلاف انبساط حرارتی غلبه کرد.

طبقه بندی بر اساس موقعیت دستگاه

اپیتاکسی مثبت: به تشکیل یک لایه اپیتاکسیال بر روی ماده زیرلایه در هنگام رشد کریستال اشاره دارد و دستگاه بر روی لایه اپیتاکسیال ساخته می شود.

اپیتاکسی معکوس: بر خلاف اپیتاکسی مثبت، دستگاه مستقیماً بر روی زیرلایه ساخته می شود، در حالی که لایه اپیتاکسی روی ساختار دستگاه تشکیل می شود.

تفاوت های کاربردی: کاربرد این دو در ساخت نیمه هادی ها به خواص مواد مورد نیاز و الزامات طراحی دستگاه بستگی دارد و هر کدام برای جریان های فرآیند و الزامات فنی مختلف مناسب هستند.

طبقه بندی با روش رشد اپیتاکسیال

اپی تاکسی مستقیم روشی برای استفاده از گرمایش، بمباران الکترونی یا میدان الکتریکی خارجی است تا اتم‌های ماده در حال رشد انرژی کافی به دست آورند و مستقیماً مهاجرت کرده و روی سطح بستر رسوب کنند تا رشد همپایی کامل شود، مانند رسوب در خلاء، کندوپاش، تصعید و غیره. با این حال، این روش دارای الزامات سختگیرانه در مورد تجهیزات است. مقاومت و ضخامت فیلم تکرارپذیری ضعیفی دارد، بنابراین در تولید اپیتاکسیال سیلیکون استفاده نشده است.

· اپیتاکسی غیرمستقیم استفاده از واکنش های شیمیایی برای رسوب و رشد لایه های اپیتاکسیال بر روی سطح بستر است که به طور کلی رسوب بخار شیمیایی (CVD) نامیده می شود. با این حال، لایه نازک رشد شده توسط CVD لزوما یک محصول واحد نیست. بنابراین، به طور دقیق، تنها CVD که یک فیلم رشد می کند، رشد اپیتاکسیال است. این روش دارای تجهیزات ساده است و پارامترهای مختلف لایه اپیتاکسیال راحت‌تر کنترل می‌شوند و تکرارپذیری خوبی دارند. در حال حاضر رشد اپیتاکسیال سیلیکون عمدتاً از این روش استفاده می کند.

دسته های دیگر

· با توجه به روش انتقال اتم های مواد همپایی به زیرلایه، می توان آن را به اپیتاکسی خلاء، اپیتاکسی فاز گاز، اپیتاکسی فاز مایع (LPE) و غیره تقسیم کرد.

· با توجه به فرآیند تغییر فاز، اپیتاکسی را می توان به تقسیم کرداپیتاکسی فاز گاز, اپیتاکسی فاز مایع، واپیتاکسی فاز جامد.

مشکلات با فرآیند همپایی حل شد

· هنگامی که فناوری رشد اپیتاکسیال سیلیکون آغاز شد، زمانی بود که ساخت ترانزیستورهای با فرکانس بالا و توان بالا سیلیکون با مشکلاتی مواجه شد. از منظر اصل ترانزیستور، برای بدست آوردن فرکانس بالا و توان بالا، ولتاژ شکست کلکتور باید زیاد و مقاومت سری کم باشد، یعنی افت ولتاژ اشباع باید کم باشد. اولی مستلزم این است که مقاومت ماده منطقه کلکتور زیاد باشد، در حالی که دومی نیاز دارد که مقاومت ماده منطقه کلکتور کم باشد و این دو متناقض هستند. اگر مقاومت سری با نازک کردن ضخامت مواد ناحیه کلکتور کاهش یابد، ویفر سیلیکونی برای پردازش بسیار نازک و شکننده خواهد بود. اگر مقاومت ماده کاهش یابد، با شرط اول در تضاد خواهد بود. تکنولوژی Epitaxial با موفقیت این مشکل را حل کرده است.

راه حل:

یک لایه اپیتاکسیال با مقاومت بالا روی یک بستر با مقاومت بسیار کم رشد دهید و دستگاه را روی لایه همپایی بسازید. لایه اپیتاکسیال با مقاومت بالا تضمین می کند که لوله دارای ولتاژ شکست بالایی است، در حالی که بستر با مقاومت پایین مقاومت زیرلایه و افت ولتاژ اشباع را کاهش می دهد و در نتیجه تضاد بین این دو را حل می کند.

علاوه بر این، فناوری‌های اپیتاکسیال مانند اپیتاکسی فاز بخار، اپیتاکسی فاز مایع، اپیتاکسی پرتو مولکولی و اپیتاکسی فاز بخار ترکیب آلی فلزی از خانواده 1-V، خانواده 1-V، و سایر مواد نیمه هادی ترکیبی مانند GaAs نیز تا حد زیادی توسعه یافته اند. و تبدیل به فن آوری های فرآیندی ضروری برای ساخت اکثر مایکروویو ودستگاه های الکترونیکی نوری.

به ویژه، کاربرد موفقیت آمیز پرتو مولکولی وبخار آلی فلزیاپیتاکسی فاز در لایه‌های فوق‌العاده نازک، ابرشبکه‌ها، چاه‌های کوانتومی، ابرشبکه‌های کرنش‌شده، و اپیتاکسی لایه نازک سطح اتمی، پایه‌ای را برای توسعه حوزه جدیدی از تحقیقات نیمه‌رسانا، «مهندسی باند» گذاشته‌اند.

ویژگی های رشد اپیتاکسیال

(1) لایه های اپیتاکسیال با مقاومت بالا (کم) را می توان به صورت همپایی روی بسترهای با مقاومت کم (بالا) رشد داد.

(2) لایه های همپای N(P) را می توان روی بسترهای P(N) رشد داد تا مستقیماً اتصالات PN را تشکیل دهند. هنگام ایجاد اتصالات PN روی بسترهای منفرد توسط انتشار، مشکل جبران وجود ندارد.

(3) همراه با فناوری ماسک، رشد همپایی انتخابی را می توان در مناطق تعیین شده انجام داد و شرایطی را برای تولید مدارهای مجتمع و دستگاه هایی با ساختارهای خاص ایجاد کرد.

(4) نوع و غلظت دوپینگ را می توان در صورت نیاز در طول رشد اپیتاکسیال تغییر داد. تغییر غلظت می تواند ناگهانی یا تدریجی باشد.

(5) لایه های فوق العاده نازک از ترکیبات ناهمگن، چند لایه، چند جزئی با اجزای متغیر را می توان رشد داد.

(6) رشد اپیتاکسیال را می توان در دمای زیر نقطه ذوب ماده انجام داد. سرعت رشد قابل کنترل است و می توان رشد همپایه ضخامت در مقیاس اتمی را به دست آورد.

الزامات رشد اپیتاکسیال

(1) سطح باید صاف و روشن باشد، بدون نقص سطحی مانند لکه های روشن، گودال ها، لکه های مه و خطوط لغزش

(2) یکپارچگی کریستال خوب، نابجایی کم و چگالی گسل انباشته. برایاپیتاکسی سیلیکونیچگالی نابجایی باید کمتر از 1000/cm2 باشد، چگالی خطای انباشتگی باید کمتر از 10/cm2 باشد و سطح پس از خوردگی توسط محلول اچینگ اسید کرومیک روشن باقی بماند.

(3) غلظت ناخالصی پس زمینه لایه اپیتاکسیال باید کم باشد و جبران کمتری لازم باشد. خلوص مواد اولیه باید بالا باشد، سیستم باید به خوبی مهر و موم شده باشد، محیط باید تمیز باشد، و عملیات باید سختگیرانه باشد تا از ادغام ناخالصی های خارجی در لایه اپیتاکسیال جلوگیری شود.

(4) برای اپیتاکسی ناهمگن، ترکیب لایه اپیتاکسیال و زیرلایه باید به طور ناگهانی تغییر کند (به جز نیاز به تغییر ترکیب آهسته) و انتشار متقابل ترکیب بین لایه اپیتاکسیال و بستر باید به حداقل برسد.

(5) غلظت دوپینگ باید به شدت کنترل شده و به طور یکنواخت توزیع شود تا لایه اپیتاکسیال دارای مقاومت یکنواختی باشد که الزامات را برآورده کند. لازم است که مقاومت ازویفرهای اپیتاکسیالرشد در کوره های مختلف در یک کوره باید سازگار باشد.

(6) ضخامت لایه اپیتاکسیال باید مطابق با الزامات، با یکنواختی و تکرارپذیری خوب باشد.

(7) پس از رشد اپیتاکسیال روی یک بستر با لایه مدفون، اعوجاج الگوی لایه مدفون بسیار کوچک است.

(8) قطر ویفر اپیتاکسیال باید تا حد امکان بزرگ باشد تا تولید انبوه دستگاه ها را تسهیل کند و هزینه ها را کاهش دهد.

(9) پایداری حرارتیلایه های اپیتاکسیال نیمه هادی مرکبو اپیتاکسی ناهمگونی خوب است.