De oorsprong van de naam epitaxiale wafel
Laten we eerst een klein concept populariseren: de wafelvoorbereiding omvat twee belangrijke schakels: substraatvoorbereiding en epitaxiaal proces. Het substraat is een wafel gemaakt van halfgeleider monokristallijn materiaal. Het substraat kan direct het wafelproductieproces ingaan om halfgeleiderapparaten te produceren, of het kan worden verwerkt door epitaxiale processen om epitaxiale wafels te produceren. Epitaxie verwijst naar het proces waarbij een nieuwe laag één kristal groeit op een éénkristalsubstraat dat zorgvuldig is verwerkt door snijden, slijpen, polijsten, enz. Het nieuwe éénkristal kan van hetzelfde materiaal zijn als het substraat, of het kan een verschillend materiaal (homogene) epitaxie of heteroepitaxie). Omdat de nieuwe monokristallijne laag zich uitstrekt en groeit in overeenstemming met de kristalfase van het substraat, wordt deze een epitaxiale laag genoemd (de dikte is meestal enkele microns, waarbij we silicium als voorbeeld nemen: de betekenis van epitaxiale groei van silicium ligt op een enkelvoudige siliciumlaag). kristalsubstraat met een bepaalde kristaloriëntatie. Een laag kristal met een goede integriteit van de roosterstructuur en verschillende soortelijke weerstand en dikte met dezelfde kristaloriëntatie als het substraat is gegroeid), en het substraat met de epitaxiale laag wordt een epitaxiale wafel genoemd (epitaxiale wafel = epitaxiale laag + substraat). Wanneer het apparaat op de epitaxiale laag wordt gemaakt, wordt dit positieve epitaxie genoemd. Als het apparaat op het substraat wordt gemaakt, wordt dit omgekeerde epitaxie genoemd. Op dit moment speelt de epitaxiale laag slechts een ondersteunende rol.
Gepolijst wafeltje
Epitaxiale groeimethoden
Moleculaire bundelepitaxie (MBE): Het is een epitaxiale groeitechnologie van halfgeleiders die wordt uitgevoerd onder ultrahoogvacuümomstandigheden. Bij deze techniek wordt bronmateriaal verdampt in de vorm van een bundel atomen of moleculen en vervolgens afgezet op een kristallijn substraat. MBE is een zeer nauwkeurige en controleerbare dunne-filmgroeitechnologie voor halfgeleiders die de dikte van afgezet materiaal op atomair niveau nauwkeurig kan regelen.
Metaalorganische CVD (MOCVD): In het MOCVD-proces worden organisch metaal en hydridegas N-gas dat de vereiste elementen bevat, op een geschikte temperatuur aan het substraat toegevoerd, een chemische reactie ondergaan om het vereiste halfgeleidermateriaal te genereren en op het substraat afgezet aan, terwijl de resterende verbindingen en reactieproducten worden afgevoerd.
Dampfase-epitaxie (VPE): Dampfase-epitaxie is een belangrijke technologie die vaak wordt gebruikt bij de productie van halfgeleiderapparaten. Het basisprincipe is om de damp van elementaire stoffen of verbindingen in een draaggas te transporteren en door chemische reacties kristallen op het substraat af te zetten.
Welke problemen lost het epitaxieproces op?
Alleen bulk-monokristalmaterialen kunnen niet voldoen aan de groeiende behoeften van de productie van verschillende halfgeleiderapparaten. Daarom werd eind 1959 epitaxiale groei ontwikkeld, een dunnelaagtechnologie voor de groei van monokristallijne materialen. Welke specifieke bijdrage heeft epitaxietechnologie dus aan de vooruitgang van materialen?
Voor silicium was het, toen de epitaxiale groeitechnologie voor silicium begon, echt een moeilijke tijd voor de productie van hoogfrequente en krachtige siliciumtransistoren. Vanuit het perspectief van de transistorprincipes moet, om een hoge frequentie en een hoog vermogen te verkrijgen, de doorslagspanning van het collectoroppervlak hoog zijn en moet de serieweerstand klein zijn, dat wil zeggen dat de verzadigingsspanningsval klein moet zijn. De eerste vereist dat de soortelijke weerstand van het materiaal in het verzamelgebied hoog moet zijn, terwijl de laatste vereist dat de soortelijke weerstand van het materiaal in het verzamelgebied laag moet zijn. De twee provincies zijn tegenstrijdig met elkaar. Als de dikte van het materiaal in het collectorgebied wordt verminderd om de serieweerstand te verminderen, zal de siliciumwafel te dun en kwetsbaar zijn om te worden verwerkt. Als de soortelijke weerstand van het materiaal wordt verminderd, is dit in tegenspraak met de eerste vereiste. De ontwikkeling van epitaxiale technologie is echter succesvol geweest. deze moeilijkheid opgelost.
Oplossing: laat een epitaxiale laag met hoge weerstand groeien op een substraat met extreem lage weerstand en maak het apparaat op de epitaxiale laag. Deze epitaxiale laag met hoge weerstand zorgt ervoor dat de buis een hoge doorslagspanning heeft, terwijl het substraat met lage weerstand ook de weerstand van het substraat vermindert, waardoor de verzadigingsspanningsval wordt verminderd, waardoor de tegenstrijdigheid tussen de twee wordt opgelost.
Bovendien zijn epitaxietechnologieën zoals dampfase-epitaxie en vloeistoffase-epitaxie van GaAs en andere III-V, II-VI en andere halfgeleidermaterialen van moleculaire verbindingen ook sterk ontwikkeld en zijn ze de basis geworden voor de meeste microgolfapparaten, opto-elektronische apparaten, stroomapparatuur Het is een onmisbare procestechnologie voor de productie van apparaten, vooral de succesvolle toepassing van moleculaire bundel- en metaal-organische dampfase-epitaxietechnologie in dunne lagen, superroosters, kwantumputten, gespannen superroosters en dunnelaagepitaxie op atomair niveau, wat een nieuwe stap in halfgeleideronderzoek. De ontwikkeling van “energy belt engineering” in het veld heeft een solide basis gelegd.
In praktische toepassingen worden halfgeleiderapparaten met een grote bandafstand bijna altijd op de epitaxiale laag gemaakt, en dient de siliciumcarbidewafel zelf alleen als substraat. Daarom is de controle van de epitaxiale laag een belangrijk onderdeel van de halfgeleiderindustrie met grote bandafstand.
7 belangrijke vaardigheden in epitaxietechnologie
1. Epitaxiale lagen met hoge (lage) weerstand kunnen epitaxiaal worden gegroeid op substraten met lage (hoge) weerstand.
2. De epitaxiale laag van het N (P)-type kan epitaxiaal op het P (N)-type substraat worden gegroeid om direct een PN-overgang te vormen. Er is geen compensatieprobleem bij gebruik van de diffusiemethode om een PN-overgang op een monokristallijn substraat te maken.
3. Gecombineerd met maskertechnologie wordt selectieve epitaxiale groei uitgevoerd in aangewezen gebieden, waardoor omstandigheden worden gecreëerd voor de productie van geïntegreerde schakelingen en apparaten met speciale structuren.
4. Het type en de concentratie van doping kunnen tijdens het epitaxiale groeiproces naar behoefte worden gewijzigd. De verandering in concentratie kan een plotselinge verandering of een langzame verandering zijn.
5. Het kan heterogene, meerlaagse, uit meerdere componenten bestaande verbindingen en ultradunne lagen met variabele componenten laten groeien.
6. Epitaxiale groei kan worden uitgevoerd bij een temperatuur lager dan het smeltpunt van het materiaal, de groeisnelheid is controleerbaar en epitaxiale groei met een dikte op atomair niveau kan worden bereikt.
7. Het kan eenkristalmaterialen laten groeien die niet kunnen worden getrokken, zoals GaN, eenkristallagen van tertiaire en quaternaire verbindingen, enz.
Posttijd: 13 mei 2024