1. Позадина: Зашто није довољно силиконски вафло?
Први корак у производњи полуводича добија полирано силицијум - кристално силицијум (обично се узгајао ЦЗоцхралски вафер коришћењем ЦЗ методе).
Међутим, иако су ови вафли појединачни кристали, њихове површине не могу да испуне строге захтеве уређаја за чистоћу, дензитет оштећења, тачност допинга и структуре.
Посебно у напредним процесним чворовима и високим уређајима - перформанси, стварајући активне регионе директно на оригиналном лицу оригиналним представљањима:
- Високи садржај кисеоника у масу вафла (ЦЗ Силицијум често има талог кисеоника), што утиче на век и цурење уређаја.
- Допинг профил вафла не може се прецизно прилагодити (посебно када су потребни Ултра - плитке спојеве или градијељне структуре).
- Мицро - оштећења попут дислокације и огреботина могу постојати на површини, директно да утиче на принос.
- Неки уређаји захтевају хетерогене материјале (попут Сиге, ГААС - на - и Сиц-) - материјали који се не могу постићи са самом самом вафлеом.
Ово захтева контролисано "резолуција" технологије - процес раста епитаксија (ЕПИ).
2 Основна дефиниција ЕПИ процеса
Епитакти се односи на раст једног - кристалног филма на једном - кристалној подлози са истом кристалној оријентацији као супстрат.
Ово може бити или хомоепитаксал (СИ на СИ) или хетероепитаксиал (Сиге на Си, ГАН на СИЦ-у итд.).
Кључне карактеристике:
Епитаксијални слој "наслеђује" структуру решетке подлоге (кристално оријентација и поравнање) и има ниску густину оштећења.
Дебљина је контролисана (од неколико нанометара до десетина микрона).
Допинг тип, концентрација и градијент могу се прецизно прилагодити у складу са дизајном.
3. Зашто користити ЕПИ процес?
То се може објаснити из три перспективе: перформансе, процес и увођење нових материјала:
3.1 Побољшање перформанси
Смањење густине оштећења
ЕПИ може расти "оштећење {{- слободни слој" који изолирају оштећене подлоге активне регије, чиме се повећава животни век мањинског носача (посебно важан за уређаје за напајање). Оптимизирање допинг структура
Ултра - плитке спојеве или оцењене допинг профиле могу се постићи, побољшање карактеристика напона и провођења.
Побољшање електричних перформанси
Хигх - отпорност на епитакАКСИЈСКИ слојеви (ЕПИ) могу смањити паразитски капацитет (погодно за високог фреквенцијских уређаја), док дебели епитаксијални слојеви могу побољшати издржавање напона уређаја за напајање.
3.2 Контролатност процеса
Изолација уређаја
Коришћење високог - отпора ЕПИ слоја може побољшати изолацију између уређаја и смањити паразитски цроссталк.
Смањење засун - горе
У ЦМОС-у, епитаксијални слој може сузбити активирање паразитских тиристорских структура.
Флексибилна дебљина
Различити производи могу прилагодити ЕПИ дебљине на истој подлогу (посебно уобичајене на власти, аналогном и РФ апликацијама).
3.3 Увођење нових материјала
Оптерећење
СИГЕ ЕПИТАКСИ, СИЦ ЕПИТАКСИ и ГАН ЕПИТАКСИ све су постигнути кроз ЕПИ.
Хетерогена интеграција
У Силицијумним фотонизима, МЕМС-у и уређајима за напајање, ЕПИ се може користити за раст ИИИ - в материјала на силикону. Структуре суперлаттиција као што су ХБТС и квантни бунар ласери захтевају наизменично таложење слојева материјала са различитим празнинама опсега, који захтевају ЕПИ.
4. Уобичајени типови ЕПИ процеса
| Процес | Карактеристике | Апликације |
|---|---|---|
|
Си ЕПИ (хомогена покривеност) |
Хигх - чистоћи СИ слојеви узгајају се на подлоге |
ЦМОС, уређаји за напајање |
|
Сиге Епи |
Контролисани ГЕ садржаји, оптерећено - пресвучен |
ПМОС убрзање, Сиге ХБТ |
|
Сиц епи |
Висока тврдоћа, висока термална проводљивост, поље високог квара | Електроника за напајање (Силицијум Царбиде МОСФЕТ) |
|
Ган Епи |
Широк опсег, висока електронска мобилност | Висок - фреквенција, висока - напајање рф |
|
ГЕ ЕПИ на Си |
Оптоелектронска интеграција, натегнути ЦМОС | Силицијум фотоницс, инфрацрвени детекција |
5. Технички изазови ЕПИ процеса
Дефекти интерфејса: Решетка која се подудара између епитаксијалног слоја и подлоге захтева изузетно високу прецизност, иначе ће се створити дислокације.
Управљање стресом: Прекомерни стрес током хетероепитаксијалног раста може изазвати искривање или пуцање.
Прецизна допинг контрола: Распон концентрације може да достигне 10¹³-10² ° ЦМ⁻³, са захтевом за тачношћу од ± 1%.
Уједначеност дебљине: Велики - пречник (300 мм) вафери захтевају уједначеност дебљине<1%.
6 Резиме
ЕПИ процес се појавио, јер може "преобликовати" резину да створи висок - квалитет, димензионирање, ниско - оштећење и контролирајући површински слој допинг. То не само да проширује животни век силицијумског ЦМОС-а, већ пружа и пут за спровођење нових материјала и нових структура уређаја.
Без ЕПИ-ја било би тешко постићи данас висок висок - перформанс ПМОС, Повер Мосфет, Сиге ХБТ и СИЦ / ГАН уређаје за напајање.
