Карактеристике епитаксије Силицијума

Силицонска епитактаје пресудни основни процес у модерној производњи полуводича. Односи се на процес узгоја једног или више слојева једноструких кристалних силицијума танких филмова са специфичном кристалном структуром, дебљином, допингом концентрацијом и тип на прецизно полираном силицијумском подлози. Овај одрастао филм назива се епитакаксијални слој (епитакАциони слој или ЕПИ слој), а силицијумница са епитаксијалним слојем назива се епитаксијални силиконски резини. Његова основна карактеристика је да је новорадни епитаксијални слој силицијум наставак конструкције решетке подлоге у кристалографији, одржавајући исту кристалну оријентацију као подлогу, формирајући савршену јединствену кристалну структуру. Ово омогућава да се епитаксијални слој прецизно дизајнира електрична својства која се разликују од супстрата, пружајући тако основа за производњу полуводичких уређаја за полу-перформансе.

Вертиал Епитакаксијални суцептор за силицијумску епитакку

Ⅰ. Шта је силицијум епитакксија?

1) дефиниција: Силицијумска епитаксија је технологија која депонизује атоме силицијума на једном кристалној силицијумској подлози хемијским или физичким методама и уређује их према структури подлоге решетке за раст новог силицијума силицијума.

2) Уклапање решетке: Основна карактеристика је уредност епитаксијалног раста. Депонирани атоми силицијума нису насумично сложени, али су распоређени према кристалној оријентацији подлоге под вођством "предлошка" који пружа атоми на површини подлоге, постижући прецизну репликацију атомског нивоа. Ово осигурава да је епитаксијални слој висококвалитетни појединачни кристал, а не поликристални или аморфни.

3) контролабилност: Процес епитаксије Силицијум омогућава прецизну контролу дебљине слоја раста (од нанометра до микрометара), тип допинга (Н-типе или П-тип) и концентрације допинга. То омогућава формирање региона различитих електричних својстава на истом силицијумском резину, што је кључ за производњу сложених интегрисаних кола.

4) Карактеристике интерфејса: Интерфејс се формира између епитаксијалног слоја и супстрата. У идеалном случају, овај интерфејс је атомички раван и без контаминације. Међутим, квалитет интерфејса је пресудан за перформансе епитаксијалног слоја, а свака оштећења или контаминација може утицати на коначне перформансе уређаја.

Ⅱ. Принципи силицијумске епитаксије

Епитаксијални раст силицијума углавном зависи од пружања праве енергије и животне средине за силиконске атоме да се пређу на површини подлоге и пронађу најнижу положају енергетске решетке за комбинацију. Најчешће коришћена технологија тренутно је хемијска таложење паре (ЦВД).

Хемијска таложење паре (ЦВД): Ово је главна метода за постизање силицијумске епитаксије. Њени основни принципи су:

● Прекурсор транспорт: Гас који садржи силиконски елемент (прекурсор), као што је силане (сиХ4), дихлоросилане (сих2цл) или трихлорилане (сихцл3) и допантски гас (као што је фосфин пХ3 за допинг и диборанске Б2Х6 за допинг у типу П-типа) и прецизан је у реакциону комору са високим температурама.

● Реакција површине: На високим температурама (обично између 900 ° Ц и 1200 ° Ц), ови гасови су прошли хемијско распадање или реакцију на површини гријане силицијумске подлоге. На пример, СИХ4 → СИ (чврст) + 2Х2 (гас).

● Површинске миграције и нуклепирање: Атоми силицијума произведени декомпозицијом су адсорбирати на површину подлоге и мигрирати на површини, на крају проналажење десне решетке за комбиновање и почетак да формирају нови синглКристални слој. Квалитет епитаксијалног силицијума раста у великој мери зависи од контроле овог корака.

● Слојеви раст: Ново депоновани атомски слој непрекидно понавља структуру решетке подлоге, постаје слој слојем и формира епитаксијални слој силицијума са одређеном дебљином.

Кључни параметри процеса: Квалитет поступка силицијумског епитаксије је строго контролисан, а кључни параметри укључују:

● Температура: Утјече на брзину реакције, површинску покретљивост и израду оштећења.

● Притисак: утиче на транспорт гаса и реакционе стазе.

● Проток гаса и однос: утврђује стопу раста и концентрацију допинга.

● Површинска чистоћа подлоге: Било који контаминант може бити порекло оштећења.

● Остале технологије: Иако је ЦВД је главни ток, технологије попут молекуларне зреле епитаксије (МБЕ) се такође могу користити за силицијумску епитакку, посебно у истраживању и развој или посебне апликације које захтевају изузетно високу прецизну контролу.МБЕ директно испарава изворе силикона у ултра-високог вакуумског окружења, а атомски или молекуларни греда се директно пројектују на подлогу расту.

Ⅲ. Специфичне примене технологије силицијумске епитаксије у производњи полуводича

Технологија Епитакки Силицон је увелико проширила асортиман апликација силицијумског материјала и неопходан је део производње многих напредних полуводичких уређаја.

● ЦМОС технологија: У логичким чиповима високих перформанси (као што су ЦПУС и ГПУС), ниско допед (П- или Н-) епитаксијални слој је у великој мери узгајано на снажно допед (П + или Н +) подлогу. Ова епитаксална структура плоче силицијума може ефикасно да потискује ефекат реза (рез), побољшати поузданост уређаја и одржавати ниску отпорност подлоге, који погодује тренутном проводљивости и расипацији топлоте.

● Биполарни транзистори (БЈТ) и БИЦМОС: На овим уређајима, Силицијумска епитакпија користи се за тачно конструкцију структура као што су основна или колекционарска регион, а добитак, брзина и друге карактеристике транзистора оптимизирају се контролом допинг концентрације и дебљине епитаксијалног слоја.

● Сензор слике (ЦИС): У неким апликацијама сензора слика Епитаксни силицијумски вафери могу побољшати електричну изолацију пиксела, смањујући цроссталк и оптимизирати ефикасност фотоелектричне конверзије. Епитаксијални слој пружа чистију и мање неисправну активну подручју.

● Напредни чворови процеса: Како се величина уређаја и даље смањује, захтеви за материјална својства постају већа и већа. СИЛИЦОН ЕПИТАКСИ технологија, укључујући селективни раст епитаксија (сег), користи се за напрезање епитаксијалних слојева силицијума или силицијумског германија (Сиге) у одређеним областима да би се побољшала мобилност носача и на тај начин повећала брзину транзистора.

Хоризонтални епитакксијски суцептор за силицијумску епитакку

Ⅳ.Проблеми и изазови технологије Силицијум епитаксије

Иако је Силицијумска епитакпија зрела и широко се користи, још увек постоје неки изазови и проблеми у епитаксијалном расту силицијума процеса:

● Контрола оштећења: Различити кристални недостаци, попут слагања грешака, дислокације, линије клизања итд. Могу се створити током раста епитаксија. Ове оштећења могу озбиљно утицати на електричне перформансе, поузданост и принос уређаја. Контролирање оштећења захтева изузетно чисто окружење, оптимизовани параметри процеса и висококвалитетне подлоге.

● Униформност: Постизање савршене уједначености дебљине епитаксија и концентрације допинга на силиконским вефицама велике величине (као што је 300 мм) је стални изазов. Неједнакост може довести до разлика у перформансама уређаја на истом резину.

● Аутодирање: Током процеса раста епитаксија, допаци високог концентрације у подлози могу ући у растући епитаксијални слој кроз дифузију гасних фаза или чврсте дифузије, узрокујући да се концентрација епитаксијалног слоја допинг концентрација одступа од очекиване вредности, посебно у близини интерфејса и супстрата. Ово је једно од питања која је потребно решити у процесу епитаксије силицијума.

● Површинска морфологија: Површина епитаксијалног слоја мора остати веома равна, а било каква храпавост или површинска оштећења (као што је измаглица) ће утицати на следеће процесе као што је литографија.

● Трошак: У поређењу са обичним полираним силиконским ваферима, производња епитаксијаних силиконских вафла додаје додатне кораке и улагања у процес, што резултира већим трошковима.

● Изазови селективне епитаксије: У напредним процесима, селективни раст епитаксија (раст само у одређеним областима) поставља веће захтеве за контролу процеса, као што су селективност стопе раста, контрола бочно прераста итд.

Ⅴ.Закључак

Као кључна технологија за припрему материјала за полуводиче, основна карактеристикаСилицонска епитактаДа ли је способност да тачно повећате висококвалитетне једнокрил-кристалне слојеве силицијуме са специфичним електричним и физичким својствима на једнокрилно кристално силицијумским подлозима. Прецизном контролом параметара као што су температура, притисак и проток ваздуха у процесу силиконске епитаксије, дебљина слоја и дистрибуција допинга могу се прилагодити потребама различитих полуводичких апликација као што су ЦМОС, уређаји за напајање и сензори.

Иако је епитаксијални раст силицијума суочен са изазовима као што су контрола оштећења, једнообразност, самодоспошав и трошак, са непрекидним унапређењем технологије, силицијумска епитаксија је и даље једна од основних покретачких снага за промоцију унапређења побољшања перформанси и функционалне иновације полуводичких производа и његова позиција у епитакфиалном силиконском ликовном лицу.