Nguồn gốc của tên wafer epiticular
Đầu tiên, chúng ta hãy phổ biến một khái niệm nhỏ: quá trình chuẩn bị wafer bao gồm hai khâu chính: chuẩn bị chất nền và quá trình epiticular. Chất nền là một tấm wafer được làm bằng vật liệu đơn tinh thể bán dẫn. Chất nền có thể trực tiếp đi vào quy trình sản xuất tấm wafer để sản xuất các thiết bị bán dẫn hoặc có thể được xử lý bằng quy trình epiticular để tạo ra tấm wafer epiticular. Epitaxy đề cập đến quá trình phát triển một lớp tinh thể đơn mới trên một chất nền đơn tinh thể đã được xử lý cẩn thận bằng cách cắt, mài, đánh bóng, v.v. Tinh thể đơn mới có thể là cùng chất liệu với chất nền hoặc có thể là một epitaxy vật liệu khác nhau (đồng nhất) hoặc dị epitaxy). Vì lớp đơn tinh thể mới mở rộng và phát triển theo pha tinh thể của chất nền nên gọi là lớp epitaxy (độ dày thường vài micron, lấy silicon làm ví dụ: ý nghĩa của sự phát triển epitaxy silicon là trên một đơn silicon). chất nền tinh thể có hướng tinh thể nhất định. Một lớp tinh thể có tính toàn vẹn cấu trúc mạng tốt, điện trở suất và độ dày khác nhau có cùng hướng tinh thể với chất nền được phát triển) và chất nền có lớp epiticular được gọi là wafer epiticular (wafer epiticular = lớp epitaxy + chất nền). Khi thiết bị được chế tạo trên lớp epiticular, nó được gọi là epitaxy dương tính. Nếu thiết bị được chế tạo trên chất nền thì nó được gọi là epit Wax ngược. Lúc này, lớp epiticular chỉ đóng vai trò hỗ trợ.
wafer đánh bóng
Phương pháp tăng trưởng epiticular
Epitaxy chùm phân tử (MBE): Đây là công nghệ tăng trưởng epiticular bán dẫn được thực hiện trong điều kiện chân không cực cao. Trong kỹ thuật này, vật liệu nguồn được làm bay hơi dưới dạng chùm nguyên tử hoặc phân tử và sau đó lắng đọng trên chất nền tinh thể. MBE là công nghệ tăng trưởng màng mỏng bán dẫn rất chính xác và có thể kiểm soát, có thể kiểm soát chính xác độ dày của vật liệu lắng đọng ở cấp độ nguyên tử.
CVD hữu cơ kim loại (MOCVD): Trong quy trình MOCVD, kim loại hữu cơ và khí hydrua N chứa các nguyên tố cần thiết được cung cấp cho chất nền ở nhiệt độ thích hợp, trải qua phản ứng hóa học để tạo ra vật liệu bán dẫn cần thiết và được lắng đọng trên chất nền bật, trong khi các hợp chất và sản phẩm phản ứng còn lại được thải ra.
Epit Wax pha hơi (VPE): Epit Wax pha hơi là một công nghệ quan trọng được sử dụng phổ biến trong sản xuất các thiết bị bán dẫn. Nguyên tắc cơ bản là vận chuyển hơi của các chất hoặc hợp chất nguyên tố trong khí mang và lắng đọng các tinh thể trên chất nền thông qua các phản ứng hóa học.
Quá trình epitaxy giải quyết những vấn đề gì?
Chỉ những vật liệu đơn tinh thể số lượng lớn mới không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của việc sản xuất các thiết bị bán dẫn khác nhau. Do đó, tăng trưởng epiticular, một công nghệ tăng trưởng vật liệu đơn tinh thể lớp mỏng, được phát triển vào cuối năm 1959. Vậy công nghệ epit Wax có đóng góp cụ thể gì cho sự tiến bộ của vật liệu?
Đối với silicon, khi công nghệ tăng trưởng epiticular silicon bắt đầu, đó thực sự là thời điểm khó khăn cho việc sản xuất các bóng bán dẫn silicon tần số cao và công suất cao. Từ quan điểm của nguyên lý bóng bán dẫn, để có được tần số cao và công suất cao, điện áp đánh thủng của khu vực thu phải cao và điện trở nối tiếp phải nhỏ, nghĩa là độ sụt điện áp bão hòa phải nhỏ. Cái trước yêu cầu điện trở suất của vật liệu trong vùng thu phải cao, trong khi cái sau yêu cầu điện trở suất của vật liệu trong vùng thu phải thấp. Hai tỉnh có sự mâu thuẫn với nhau. Nếu độ dày của vật liệu trong khu vực bộ thu giảm để giảm điện trở nối tiếp, tấm bán dẫn silicon sẽ quá mỏng và dễ vỡ để xử lý. Nếu điện trở suất của vật liệu giảm đi sẽ mâu thuẫn với yêu cầu đầu tiên. Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ epiticular đã thành công. đã giải quyết được khó khăn này.
Giải pháp: Phát triển lớp epiticular có điện trở suất cao trên đế có điện trở cực thấp và chế tạo thiết bị trên lớp epitaxy. Lớp epiticular có điện trở suất cao này đảm bảo rằng ống có điện áp đánh thủng cao, trong khi chất nền có điện trở thấp cũng làm giảm điện trở của chất nền, từ đó làm giảm độ sụt điện áp bão hòa, từ đó giải quyết mâu thuẫn giữa hai chất nền.
Ngoài ra, các công nghệ epit Wax như epit Wax pha hơi và epit Wax pha lỏng của GaAs và các vật liệu bán dẫn hợp chất phân tử khác cũng đã được phát triển mạnh mẽ và trở thành nền tảng cho hầu hết các thiết bị vi sóng, thiết bị quang điện tử, năng lượng. Đây là một công nghệ xử lý không thể thiếu để sản xuất các thiết bị, đặc biệt là ứng dụng thành công công nghệ epit Wax pha hơi hữu cơ và chùm phân tử trong các lớp mỏng, siêu mạng, giếng lượng tử, siêu mạng căng và epit Wax lớp mỏng cấp độ nguyên tử, là một bước tiến mới trong nghiên cứu chất bán dẫn. Sự phát triển của “kỹ thuật vành đai năng lượng” trong lĩnh vực này đã đặt nền móng vững chắc.
Trong các ứng dụng thực tế, các thiết bị bán dẫn có dải thông rộng hầu như luôn được chế tạo trên lớp epitaxy và bản thân tấm bán dẫn cacbua silic chỉ đóng vai trò là chất nền. Do đó, việc kiểm soát lớp epiticular là một phần quan trọng của ngành bán dẫn dải rộng.
7 kỹ năng chính trong công nghệ epitaxy
1. Các lớp epitaxy có điện trở cao (thấp) có thể được trồng trên các chất nền có điện trở suất thấp (cao).
2. Lớp epiticular loại N (P) có thể được phát triển epitaxy trên chất nền loại P (N) để tạo thành một điểm nối PN trực tiếp. Không có vấn đề bù trừ khi sử dụng phương pháp khuếch tán để tạo điểm nối PN trên một đế tinh thể.
3. Kết hợp với công nghệ mặt nạ, quá trình tăng trưởng epiticular chọn lọc được thực hiện tại các khu vực được chỉ định, tạo điều kiện cho việc sản xuất các mạch tích hợp và thiết bị có cấu trúc đặc biệt.
4. Loại và nồng độ pha tạp có thể được thay đổi theo nhu cầu trong quá trình tăng trưởng epiticular. Sự thay đổi nồng độ có thể là thay đổi đột ngột hoặc thay đổi chậm.
5. Nó có thể phát triển các hợp chất không đồng nhất, nhiều lớp, nhiều thành phần và các lớp siêu mỏng với các thành phần thay đổi.
6. Sự tăng trưởng epiticular có thể được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn điểm nóng chảy của vật liệu, tốc độ tăng trưởng có thể kiểm soát được và có thể đạt được sự tăng trưởng epiticular của độ dày cấp nguyên tử.
7. Nó có thể phát triển các vật liệu đơn tinh thể không thể kéo được, chẳng hạn như GaN, các lớp tinh thể đơn của các hợp chất bậc ba và bậc bốn, v.v.
Thời gian đăng: 13-05-2024