1. Pozadina: Zašto nije dovoljno silicijuma?
Prvi korak u proizvodnji poluvodiča dobiva polirani singleski - kristalni silikonski vafli (obično czohralski vafl koji se uzgaja pomoću CZ metode).
Međutim, iako su ovi vafli pojedinačni kristali, njihove površine ne mogu ispunjavati stroge zahtjeve uređaja za čistoću, denzitetu kvarcu, doping tačnost i strukturu.
Posebno u naprednim čvorovima za proces i visok - Uređaji za performanse, stvarajući aktivne regije izravno na originalnom vaflu predstavlja ograničenja:
- Visoki sadržaj kisika u vaflu rasuti (CZ Silicon često ima kiseonski talog), koji utiče na životni vek i propuštanje manjina uređaja.
- Doping profil vafla ne može se precizno podesiti (posebno kada su potrebne ultra {- plitke spojeve ili gradijentne strukture).
- Micro {- Neispravnosti kao što su dislokacije i ogrebotine mogu postojati na površini, direktno uticati na prinos.
- Neki uređaji zahtijevaju heterogene materijale (kao što su Sige, Gaas - na - Si, i Sic - na - Si), - materijala koji se ne mogu postići samim remen.
To zahtijeva kontrolizirajuću tehnologiju "Resurfacing" - proces epitakse rasta (EPI).
2. CORE Definicija EPI procesa
Epitaxy se odnosi na rast jednog kristalnog tankog tankog filma na jednom {- kristalnom supstratu s istom kristalnom orijentacijom kao supstrat.
Ovo može biti ili homoepitaksijalno (si na si) ili heteroepitaxial (Sige on Si, gan na sic itd.).
Ključne karakteristike:
Epitaksijalni sloj "nasljeđuje" rešetka supstratske rešetke (kristalna orijentacija i poravnanje) i ima nisku gustoću oštećenja.
Debljina je kontrolirana (od nekoliko nanometara do desetina mikrona).
Doping tip, koncentracija i gradijent mogu se precizno podesiti u skladu s dizajnom.
3. Zašto koristiti EPI proces?
To se može objasniti iz tri perspektive: performanse, proces i uvođenje novih materijala:
3.1 Poboljšanje performansi
Smanjenje gustoće oštećenja
EPI može porasti "kvarom - slobodnog sloja" koji izolira supstratne nedostatke iz aktivne regije, čime se povećava život manjina (posebno važan za uređaje za napajanje). Optimiziranje doping konstrukcija
Ultra - plitki spojevi ili ocjenjivani doping profili mogu se postići, poboljšati važne napone i karakteristike provođenja.
Poboljšanje električnih performansi
Visok ({0}} slojevi otpornog otpora (EPI) mogu smanjiti parazitske kapacitet (pogodan za visoke - frekvencijske uređaje), dok debeli epitaksijski slojevi mogu poboljšati napon za napajanje uređaja za napajanje.
3.2 Kontrola procesa
Izolacija uređaja
Korištenje visokog - otpornosti EPI sloj može poboljšati izolaciju između uređaja i smanjiti parazitsko crosstalk.
Smanjivanje zasucka - gore
U CMOS-u epitaksijalni sloj može suzbiti aktiviranje parazitskih tiristorskih struktura.
Fleksibilna debljina
Različiti proizvodi mogu imati prilagođene debljine EPI na istom supstratu (posebno uobičajenim u napajanju, analognim i RF aplikacijama).
3.3 Uvođenje novih materijala
Naprezanje naprezanja
Sige epitaxy, sic epitaxy i gan epitaks postiže se kroz EPI.
Heterogena integracija
U silikon fotoniku, MEM-i i uređajima za napajanje, EPI se može koristiti za rast III - V materijala na silikonu. Superplattice Strukture poput HBTS-a i kvantnih bunarnih lasera zahtijevaju izmjenu taloženja slojeva materijala s različitim pojasom pojaseva, koji zahtijevaju EPI.
4. Uobičajeni tipovi procesa EPI
| Proces | Karakteristike | Aplikacije |
|---|---|---|
|
Si Epi (homogena pokrivenost) |
Visoko - Čistotvoritelj SI slojevi su uzgajali na SI podloge |
CMO, uređaji za napajanje |
|
Sige Epi |
Kontrolizirani GE sadržaj, naprezanje - premazan |
PMOS Acceleration, Sige HBT |
|
Sic Epi |
Visoka tvrdoća, visoka toplotna provodljivost, polje visokog kvara | Elektronika (silikonska karbida MOSFET) |
|
Gan Epi |
Široki pojasni, visoka pokretljivost elektrona | Visoko - frekvencija, visoko - snaga rf |
|
Ge Epi na si |
Optoelektronska integracija, natečeni CMOS | Silicijum Photonics, infracrveno otkrivanje |
5. Tehnički izazovi procesa EPI-a
Neispravni sučelje: rešetka podudaranje između epitaksije i supstrata zahtijeva izuzetno visoku preciznost, inače će se generirati dislokacije.
Upravljanje stresom: Prekomjeran stres za vrijeme heteroepitaksijalnog rasta može prouzrokovati izbijanje ili pucanje.
Precizna Kontrola doping: Raspon koncentracije može dostići 10¹³-10²⁰ cm⁻³, uz točnost od ± 1%.
DIKOVIRNOST Debljine: Veliki prečnik ({0}} vafli (300 mm) zahtijevaju uniformnost debljine<1%.
6. Sažetak
Proces EPI pojavio se jer može "preoblikovati" reširi "da stvori visok {- kvalitet, označiv, nizak - oštećenje i kontrolirani doping površinski sloj. To ne samo da se produžava životni vijek silikonskih CMOS-a, već pruža i put za implementaciju novih materijala i romanske strukture uređaja.
Bez EPI-a bilo bi teško postići današnji visoki - performanse PMOS, električni mosfet, Sige HBT i SIC / GAN uređaje za napajanje.
