1. ΙΣΤΟΡΙΚΟ: Γιατί δεν είναι αρκετό το πυρίτιο;
Το πρώτο βήμα στην κατασκευή ημιαγωγών λαμβάνει ένα γυαλισμένο μονό - κρυστάλλινη πλακέτα πυριτίου (συνήθως ένα δισκίο Czochralski που καλλιεργείται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο CZ).
Ωστόσο, παρόλο που αυτές οι γκοφρέτες είναι μεμονωμένοι κρύσταλλοι, οι επιφάνειές τους μπορεί να μην πληρούν τις αυστηρές απαιτήσεις της συσκευής για καθαρότητα, πυκνότητα ελαττωμάτων, ακρίβεια ντόπινγκ και δομή.
Ιδιαίτερα σε προχωρημένους κόμβους διεργασίας και υψηλές συσκευές-, δημιουργώντας ενεργές περιοχές απευθείας στο αρχικό δίσκο παρουσιάζει περιορισμούς:
- Η υψηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο όγκο (πυρίτιο CZ συχνά έχει ιζήματα οξυγόνου), το οποίο επηρεάζει τη διάρκεια ζωής και τη διαρροή του φορέα μειονοτήτων και τη διαρροή.
- Το προφίλ doping του πλακιδίου δεν μπορεί να προσαρμοστεί με ακρίβεια (ειδικά όταν απαιτούνται Ultra - ρηχές δομές ή δομές κλίσης).
- micro - ελαττώματα όπως οι εκτάσεις και οι γρατζουνιές μπορεί να υπάρχουν στην επιφάνεια, επηρεάζοντας άμεσα την απόδοση.
- Ορισμένες συσκευές απαιτούν ετερογενή υλικά (όπως sige, gaas - σε - si και sic - σε - si) - υλικά που δεν μπορούν να επιτευχθούν με το ίδιο το wafer.
Αυτό απαιτεί μια ελεγχόμενη τεχνολογία "resurfacing" - τη διαδικασία επιταξιακής ανάπτυξης (EPI).
2. Ορισμός πυρήνα της διαδικασίας EPI
Η επιταξία αναφέρεται στην ανάπτυξη ενός ενιαίου - κρυστάλλινου λεπτού μεμβράνης σε ένα ενιαίο υπόστρωμα κρυστάλλου - με τον ίδιο κρυσταλλικό προσανατολισμό με το υπόστρωμα.
Αυτό μπορεί να είναι είτε ομοιοπαραξιακό (SI στο Si) είτε ετεροεπικακοτικό (sige on si, gan στο SIC κ.λπ.).
Βασικά χαρακτηριστικά:
Το επιταξιακό στρώμα "κληρονομεί" τη δομή του πλέγματος του υποστρώματος (προσανατολισμός και ευθυγράμμιση κρυστάλλου) και έχει χαμηλή πυκνότητα ελαττώματος.
Το πάχος είναι ελεγχόμενο (από μερικά νανομετρικά έως δεκάδες μικρά).
Ο τύπος ντόπινγκ, η συγκέντρωση και η κλίση μπορούν να ρυθμιστούν με ακρίβεια σύμφωνα με το σχέδιο.
3. Γιατί να χρησιμοποιήσετε τη διαδικασία EPI;
Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από τρεις προοπτικές: απόδοση, διαδικασία και εισαγωγή νέων υλικών:
3.1 Βελτίωση απόδοσης
Μείωση της πυκνότητας ελαττωμάτων
Το EPI μπορεί να αναπτύξει ένα "ελάττωμα - ελεύθερο στρώμα" που απομονώνει ελαττώματα υποστρώματος από την ενεργή περιοχή, αυξάνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής των μειονοτήτων (ιδιαίτερα σημαντική για τις συσκευές ισχύος). Βελτιστοποίηση δομών ντόπινγκ
Τα ρηχά προφίλ doping μπορούν να επιτευχθούν - ρηχές διασταυρώσεις ή βαθμολογημένα προφίλ ντόπινγκ, βελτιώνοντας τα χαρακτηριστικά τάσης και αγωγιμότητας.
Βελτίωση της ηλεκτρικής απόδοσης
Υψηλή - Τα επίπεδα επιταξιακής στρώσης αντίστασης (EPI) μπορούν να μειώσουν την παρασιτική χωρητικότητα (κατάλληλη για υψηλές συσκευές-), ενώ τα παχιά επιταξιακά στρώματα μπορούν να βελτιώσουν την τάση αντοχής των συσκευών ισχύος.
3.2 Έλεγχος διαδικασιών
Απομόνωση συσκευών
Χρησιμοποιώντας ένα υψηλό - αντίσταση Το στρώμα EPI μπορεί να βελτιώσει την απομόνωση μεταξύ των συσκευών και να μειώσει την παρασιτική διαταραχή.
Μείωση του μανδάλου -
Στα CMOs, το επιταξιακό στρώμα μπορεί να καταστείλει την ενεργοποίηση των παρασιτικών θυρίστορ δομών.
Ευέλικτο πάχος
Διαφορετικά προϊόντα μπορούν να έχουν προσαρμοσμένα πάχη EPI στο ίδιο υπόστρωμα (ιδιαίτερα κοινά σε εφαρμογές ισχύος, αναλογικού και RF).
3.3 Εισαγωγή νέων υλικών
Μηχανική τάσης
Η επιταξία Sige, η επιταξία SIC και η επιταξία Gan επιτυγχάνονται μέσω της EPI.
Ετερογενής ενσωμάτωση
Σε συσκευές φωτονικής, MEMS και ισχύος, το EPI μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη των υλικών III - V σε πυρίτιο. Οι δομές superlattice, όπως HBTs και κβαντικά λέιζερ φρεατίου, απαιτούν εναλλασσόμενη εναπόθεση στρωμάτων υλικών με διαφορετικά κενά ζώνης, που απαιτούν το EPI.
4. Κοινοί τύποι διαδικασιών EPI
| Διαδικασία | Χαρακτηριστικά | Αιτήσεις |
|---|---|---|
|
SI EPI (ομοιογενής κάλυψη) |
Υψηλή - Τα στρώματα καθαρότητας SI που καλλιεργούνται σε υποστρώματα SI |
CMOS, συσκευές ισχύος |
|
Sige Epi |
Ελεγχόμενο περιεχόμενο GE, στέλεχος - επικαλυμμένο |
Επιτάχυνση PMOS, Sige HBT |
|
Sic epi |
Υψηλή σκληρότητα, υψηλή θερμική αγωγιμότητα, πεδίο υψηλής κατάρρευσης | Ηλεκτρονικά ισχύος (Carbide Silicon MOSFET) |
|
Gan Epi |
Ευρεία ζώνη, υψηλής κινητικότητας ηλεκτρονίων | Υψηλή - συχνότητα, υψηλή - power rf |
|
GE EPI στο SI |
Οπτοηλεκτρονική ενσωμάτωση, τεντωμένη CMOS | Φωτονική πυριτίου, ανίχνευση υπέρυθρων |
5. Τεχνικές προκλήσεις της διαδικασίας EPI
Ελαττώματα διεπαφής: Η αντιστοίχιση πλέγματος μεταξύ του επιταξιακού στρώματος και του υποστρώματος απαιτεί εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια, διαφορετικά θα δημιουργηθούν εξάρσεις.
Διαχείριση άγχους: Η υπερβολική πίεση κατά τη διάρκεια της ετεροεπικαλινικής ανάπτυξης μπορεί να προκαλέσει στρέβλωση ή ρωγμές.
Ακριβής έλεγχος ντόπινγκ: Το εύρος συγκέντρωσης μπορεί να φτάσει το 10¹3 -102⁰ cm⁻³, με απαίτηση ακρίβειας ± 1%.
Πάχος ομοιομορφίας: Μεγάλη - Διάμετρος (300mm) Πλατεία απαιτούν ομοιομορφία πάχους<1%.
6. Περίληψη
Η διαδικασία EPI εμφανίστηκε επειδή μπορεί να "αναμορφώσει" το δίσκο για να δημιουργήσει ένα υψηλό - ποιότητα, σχεδιασμό, χαμηλό - ελάττωμα και ελεγχόμενο επιφανειακό στρώμα ντόπινγκ. Αυτό όχι μόνο επεκτείνει τη διάρκεια ζωής των CMOs του πυριτίου, αλλά παρέχει επίσης μια διαδρομή για την εφαρμογή νέων υλικών και νέων δομών συσκευών.
Χωρίς το EPI, θα ήταν δύσκολο να επιτευχθεί το σημερινό υψηλό - Performance PMOS, Power MOSFET, Sige HBT και SIC/GAN Power Power.
