Происхождение названия «эпитаксиальная пластина».
Подготовка пластин состоит из двух основных этапов: подготовки подложки и эпитаксиального процесса. Подложка изготовлена из полупроводникового монокристаллического материала и обычно перерабатывается для производства полупроводниковых устройств. Он также может подвергаться эпитаксиальной обработке для формирования эпитаксиальной пластины. Эпитаксия — это процесс выращивания нового монокристаллического слоя на тщательно обработанной монокристаллической подложке. Новый монокристалл может быть изготовлен из того же материала, что и подложка (гомогенная эпитаксия), или из другого материала (гетерогенная эпитаксия). Поскольку новый кристаллический слой растет в соответствии с ориентацией кристаллов подложки, его называют эпитаксиальным слоем. Пластина с эпитаксиальным слоем называется эпитаксиальной пластиной (эпитаксиальная пластина = эпитаксиальный слой + подложка). Устройства, изготовленные на эпитаксиальном слое, называются «прямой эпитаксией», а устройства, изготовленные на подложке, называются «обратной эпитаксией», где эпитаксиальный слой служит только опорой.
Гомогенная и гетерогенная эпитаксия
▪Гомогенная эпитаксия:Эпитаксиальный слой и подложка изготовлены из одного и того же материала: например, Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.
▪Гетерогенная эпитаксия:Эпитаксиальный слой и подложка изготавливаются из различных материалов: например, Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC и др.
Полированные вафли
Какие проблемы решает эпитаксия?
Одних только объемных монокристаллических материалов недостаточно для удовлетворения все более сложных требований производства полупроводниковых приборов. Поэтому в конце 1959 года был разработан метод выращивания тонкого монокристаллического материала, известный как эпитаксия. Но как именно эпитаксиальная технология помогла развитию материалов? Что касается кремния, развитие эпитаксии кремния произошло в критический момент, когда производство высокочастотных и мощных кремниевых транзисторов столкнулось со значительными трудностями. С точки зрения транзисторных принципов, достижение высокой частоты и мощности требует, чтобы напряжение пробоя области коллектора было высоким, а последовательное сопротивление было низким, то есть напряжение насыщения должно быть небольшим. Первый требует высокого удельного сопротивления материала коллектора, а второй требует низкого удельного сопротивления, что создает противоречие. Уменьшение толщины области коллектора для уменьшения последовательного сопротивления сделает кремниевую пластину слишком тонкой и хрупкой для обработки, а снижение удельного сопротивления будет противоречить первому требованию. Развитие эпитаксиальной технологии успешно решило эту проблему. Решение заключалось в выращивании эпитаксиального слоя с высоким удельным сопротивлением на подложке с низким сопротивлением. Устройство изготовлено на эпитаксиальном слое, обеспечивающем высокое напряжение пробоя транзистора, а низкоомная подложка снижает сопротивление базы и снижает напряжение насыщения, решая противоречие между двумя требованиями.
Кроме того, значительный прогресс произошел в эпитаксиальных технологиях для соединений полупроводников III-V и II-VI, таких как GaAs, GaN и других, включая парофазную и жидкофазную эпитаксию. Эти технологии стали необходимы для производства многих микроволновых, оптоэлектронных и силовых устройств. В частности, такие методы, как молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) и металлоорганическое химическое осаждение из газовой фазы (MOCVD), были успешно применены к тонким слоям, сверхрешеткам, квантовым ямам, напряженным сверхрешеткам и тонким эпитаксиальным слоям атомного масштаба, закладывая прочную основу для развитие новых областей полупроводников, таких как «зонная инженерия».
В практических приложениях большинство широкозонных полупроводниковых приборов изготавливаются на эпитаксиальных слоях, при этом такие материалы, как карбид кремния (SiC), используются исключительно в качестве подложек. Поэтому управление эпитаксиальным слоем является критическим фактором в индустрии широкозонных полупроводников.
Технология эпитаксии: семь ключевых особенностей
1. Эпитаксия позволяет вырастить слой с высоким (или низким) удельным сопротивлением на подложке с низким (или высоким) удельным сопротивлением.
2. Эпитаксия позволяет выращивать эпитаксиальные слои типа N (или P) на подложках типа P (или N), непосредственно формируя PN-переход без проблем компенсации, возникающих при использовании диффузии для создания PN-перехода на монокристаллической подложке.
3. В сочетании с масочной технологией селективный эпитаксиальный рост может выполняться в определенных областях, что позволяет изготавливать интегральные схемы и устройства со специальной структурой.
4. Эпитаксиальный рост позволяет контролировать типы и концентрации легирующих добавок с возможностью достижения резких или постепенных изменений концентрации.
5. Эпитаксия позволяет выращивать гетерогенные, многослойные, многокомпонентные соединения переменного состава, в том числе сверхтонкие слои.
6. Эпитаксиальный рост может происходить при температурах ниже точки плавления материала, с контролируемой скоростью роста, что обеспечивает точность толщины слоя на атомном уровне.
7. Эпитаксия позволяет выращивать монокристаллические слои материалов, которые невозможно втянуть в кристаллы, таких как GaN и тройные/четвертичные соединения полупроводников.
Различные эпитаксиальные слои и эпитаксиальные процессы
Таким образом, эпитаксиальные слои предлагают более легко контролируемую и совершенную кристаллическую структуру, чем объемные подложки, что полезно для разработки современных материалов.
Время публикации: 24 декабря 2024 г.