Qu'est-ce que le processus d'épitaxie semi-conducteur?

Il est idéal pour construire des circuits intégrés ou des dispositifs semi-conducteurs sur une couche de base cristalline parfaite. LeépitaxieLe procédé (épi) dans la fabrication de semi-conducteurs vise à déposer une fine couche monocristalline, généralement d'environ 0,5 à 20 microns, sur un substrat monocristallin. Le procédé d'épitaxie est une étape importante dans la fabrication de dispositifs semi-conducteurs, notamment dans la fabrication de plaquettes de silicium.

Processus épitaxy (EPI) dans la fabrication de semi-conducteurs

Aperçu de l'épitaxie dans la fabrication de semi-conducteurs
Qu'est-ce que c'est	Le processus d'épitaxie (epi) dans la fabrication de semi-conducteurs permet la croissance d'une fine couche cristalline dans une orientation donnée au-dessus d'un substrat cristallin.
But	Dans la fabrication de semi-conducteurs, l’objectif du processus d’épitaxie est de rendre le transport des électrons plus efficace à travers le dispositif. Dans la construction de dispositifs semi-conducteurs, des couches d’épitaxie sont incluses pour affiner et uniformiser la structure.
Processus	Le processus d'épitaxie permet la croissance de couches épitaxiales de pureté plus élevées sur un substrat du même matériau. Dans certains matériaux semi-conducteurs, tels que les transistors bipolaires hétérojonctionnels (HBT) ou les transistors à effet de champ semi-conducteur d'oxyde métallique (MOSFET), le processus d'épitaxie est utilisé pour développer une couche de matériau différente du substrat. C'est le processus d'épitaxie qui permet de développer une couche dopée à faible densité sur une couche de matériau hautement dopé.

Présentation de l'épitaxie dans la fabrication de semi-conducteurs

Quel est le processus d'épitaxy (EPI) dans la fabrication de semi-conducteurs permet la croissance d'une fine couche cristalline dans une orientation donnée au-dessus d'un substrat cristallin.

Objectif dans la fabrication de semi-conducteurs, l'objectif du processus épitaxie est de rendre les électrons plus efficacement à travers l'appareil. Dans la construction de dispositifs semi-conducteurs, des couches d'épitaxie sont incluses pour affiner et rendre la structure uniforme.

Traiter leépitaxieLe processus permet la croissance de couches épitaxiales de pureté plus élevées sur un substrat du même matériau. Dans certains matériaux semi-conducteurs, tels que les transistors bipolaires hétérojonctionnels (HBT) ou les transistors à effet de champ semi-conducteur d'oxyde métallique (MOSFET), le processus d'épitaxie est utilisé pour développer une couche de matériau différente du substrat. C'est le processus d'épitaxie qui permet de développer une couche dopée à faible densité sur une couche de matériau hautement dopé.

Présentation du processus d'épitaxie dans la fabrication de semi-conducteurs

Qu'est-ce que c'est Le processus d'épitaxie (epi) dans la fabrication de semi-conducteurs permet la croissance d'une fine couche cristalline dans une orientation donnée au-dessus d'un substrat cristallin.

L'objectif dans la fabrication de semi-conducteurs, l'objectif du processus épitaxie est de rendre les électrons transportés dans l'appareil plus efficacement. Dans la construction de dispositifs semi-conducteurs, des couches d'épitaxie sont incluses pour affiner et rendre la structure uniforme.

Le processus d'épitaxie permet la croissance de couches épitaxiales de plus grande pureté sur un substrat du même matériau. Dans certains matériaux semi-conducteurs, tels que les transistors bipolaires à hétérojonction (HBT) ou les transistors à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique (MOSFET), le processus d'épitaxie est utilisé pour faire croître une couche de matériau différent du substrat. C'est le procédé d'épitaxie qui permet de faire croître une couche dopée de faible densité sur une couche de matériau fortement dopé.

Types de processus épitaxiaux dans la fabrication de semi-conducteurs

Dans le processus épitaxial, la direction de la croissance est déterminée par le cristal de substrat sous-jacent. Selon la répétition du dépôt, il peut y avoir une ou plusieurs couches épitaxiales. Des processus épitaxiaux peuvent être utilisés pour former des couches minces de matériaux identiques ou différentes dans la composition chimique et la structure du substrat sous-jacent.

Deux types de processus EPI
Caractéristiques	Homoépitaxie	Hétéroépitaxie
Couches de croissance	La couche de croissance épitaxiale est le même matériau que la couche de substrat	La couche de croissance épitaxiale est un matériau différent de la couche de substrat
Structure cristalline et réseau	La structure cristalline et la constante de réseau du substrat et de la couche épitaxiale sont les mêmes	La structure cristalline et la constante de réseau du substrat et de la couche épitaxiale sont différentes
Exemples	Croissance épitaxiale de silicium de haute pureté sur substrat de silicium	Croissance épitaxiale de l'arséniure de gallium sur le substrat de silicium
Applications	Structures de dispositifs semi-conducteurs nécessitant des couches de différents niveaux de dopage ou de films purs sur des substrats moins purs	Structures de dispositifs semi-conducteurs nécessitant des couches de matériaux différents ou du bâtiment des films cristallins de matériaux qui ne peuvent pas être obtenus sous forme de monocristaux

Deux types de processus Epi

CaractéristiquesHomoépitaxie Hétéroépitaxie

Couches de croissance La couche de croissance épitaxiale est le même matériau que la couche de substrat que la couche de croissance épitaxiale est un matériau différent de la couche de substrat

La structure cristalline et le réseau La structure cristalline et la constante de réseau du substrat et de la couche épitaxiale sont les mêmes que la structure cristalline et la constante de réseau du substrat et de la couche épitaxiale sont différentes

Exemples Croissance épitaxiale du silicium de haute pureté sur la croissance épitaxiale du substrat de silicium de l'arséniure de gallium sur le substrat de silicium

Applications Structures de dispositifs semi-conducteurs nécessitant des couches de différents niveaux de dopage ou de films purs sur des substrats moins purs structures de dispositif semi-conducteur nécessitant des couches de matériaux différents ou de construction de films cristallins de matériaux qui ne peuvent pas être obtenus sous forme de monocristaux

Deux types de processus EPI

Caractéristiques Homoépitaxie Hétéroépitaxie

Couche de croissance La couche de croissance épitaxiale est le même matériau que la couche de substrat La couche de croissance épitaxiale est un matériau différent de la couche de substrat

La structure cristalline et le réseau La structure cristalline et la constante de réseau du substrat et de la couche épitaxiale sont les mêmes que la structure cristalline et la constante de réseau du substrat et de la couche épitaxiale sont différentes

Exemples Croissance épitaxiale de silicium de haute pureté sur substrat de silicium Croissance épitaxiale d'arséniure de gallium sur substrat de silicium

Applications Structures de dispositifs semi-conducteurs qui nécessitent des couches de différents niveaux de dopage ou des films purs sur des substrats moins purs Structures de dispositifs semi-conducteurs qui nécessitent des couches de différents matériaux ou construisent des films cristallins de matériaux qui ne peuvent pas être obtenus sous forme de monocristaux

Facteurs affectant les processus d'épitaxie dans la fabrication de semi-conducteurs

 

Facteurs	Description
Température	Affecte le taux d'épitaxie et la densité de la couche épitaxiale. La température requise pour le processus d'épitaxie est supérieure à la température ambiante et la valeur dépend du type d'épitaxie.
Pression	Affecte le taux d'épitaxie et la densité de la couche épitaxiale.
Défauts	Les défauts d'épitaxie conduisent à des tranches défectueuses. Les conditions physiques requises pour le processus d'épitaxie doivent être maintenues pour une croissance de la couche épitaxiale sans défaut.
Position souhaitée	Le processus d'épitaxie doit se développer sur la bonne position du cristal. Les zones où la croissance n'est pas souhaitée pendant le processus doivent être correctement recouvertes pour empêcher la croissance.
Autodopage	Étant donné que le processus d'épitaxie est effectué à des températures élevées, les atomes de dopant peuvent être en mesure d'apporter des changements dans le matériau.

Description des facteurs

Température Affecte le taux d'épitaxie et la densité de la couche épitaxiale. La température requise pour le processus d'épitaxie est supérieure à la température ambiante et la valeur dépend du type d'épitaxie.

Pression Affecte le taux d'épitaxie et la densité de la couche épitaxiale.

Défauts Les défauts d'épitaxie conduisent à des tranches défectueuses. Les conditions physiques requises pour le processus d'épitaxie doivent être maintenues pour une croissance de la couche épitaxiale sans défaut.

Position souhaitée Le processus d'épitaxie doit se développer sur la position correcte du cristal. Les zones où la croissance n'est pas souhaitée pendant le processus doivent être correctement recouvertes pour empêcher la croissance.

Auto-dopage Étant donné que le processus d'épitaxie est effectué à des températures élevées, les atomes de dopant peuvent être en mesure d'apporter des changements dans le matériel.

Description du facteur

Température Affecte le taux d'épitaxie et la densité de la couche épitaxiale. La température requise pour le processus d'épitaxie est supérieure à la température ambiante et la valeur dépend du type d'épitaxie.

La pression affecte le taux d'épitaxie et la densité de la couche épitaxiale.

Les défauts des défauts de l'épitaxie conduisent à des plaquettes défectueuses. Les conditions physiques requises pour le processus d'épitaxy doivent être maintenues pour la croissance de la couche épitaxiale sans défaut.

Emplacement souhaité Le processus d'épitaxie devrait croître sur le bon emplacement du cristal. Les zones où la croissance n'est pas souhaitée pendant ce processus doit être correctement enduit pour éviter la croissance.

Auto-dopage Étant donné que le processus d'épitaxie est effectué à des températures élevées, les atomes de dopant peuvent être en mesure d'apporter des changements dans le matériel.

Densité et taux d'épitaxie

La densité de croissance épitaxiale est le nombre d’atomes par unité de volume de matériau dans la couche de croissance épitaxiale. Des facteurs tels que la température, la pression et le type de substrat semi-conducteur affectent la croissance épitaxiale. Généralement, la densité de la couche épitaxiale varie en fonction des facteurs ci-dessus. La vitesse à laquelle la couche épitaxiale se développe est appelée taux d'épitaxie.

Si l'épitaxie est cultivée dans l'emplacement et l'orientation appropriés, le taux de croissance sera élevé et vice versa. Semblable à la densité de la couche épitaxiale, le taux d'épitaxie dépend également de facteurs physiques tels que la température, la pression et le type de matériau du substrat.

Le taux d'épitaxie augmente à des températures élevées et à basses pressions. Le taux d'épitaxie dépend également de l'orientation de la structure du substrat, de la concentration des réactifs et de la technique de croissance utilisée.

Méthodes de processus d'épitaxie

Il existe plusieurs méthodes d'épitaxie:épitaxie en phase liquide (LPE), épitaxie de phase de vapeur hybride, épitaxie en phase solide,dépôt de couche atomique, Dépôt de vapeur chimique, épitaxie par jet moléculaire, etc. Comparons deux processus épitaxy: CVD et MBE.

Dépôt de vapeur chimique (CVD) Epitaxy du faisceau moléculaire (MBE)

Processus chimique Processus physique

Implique une réaction chimique qui se produit lorsqu'un précurseur gazeux rencontre un substrat chauffé dans une chambre de croissance ou un réacteur. Le matériau à déposer est chauffé sous vide.

Contrôle précis du processus de croissance du film Contrôle précis de l'épaisseur et de la composition de la couche cultivée

Pour les applications qui nécessitent des couches épitaxiales de haute qualité pour les applications qui nécessitent des couches épitaxiales extrêmement fines

Méthode la plus couramment utilisée Méthode plus chère

Dépôt chimique en phase vapeur (CVD)	Épitaxie du faisceau moléculaire (MBE)
Processus chimique	Processus physique
Implique une réaction chimique qui se produit lorsqu'un précurseur de gaz rencontre un substrat chauffé dans une chambre de croissance ou un réacteur	Le matériau à déposer est chauffé dans des conditions de vide
Contrôle précis du processus de croissance des couches minces	Contrôle précis de l'épaisseur et de la composition de la couche cultivée
Utilisé dans les applications nécessitant des couches épitaxiales de haute qualité	Utilisé dans les applications nécessitant des couches épitaxiales extrêmement fines
Méthode la plus couramment utilisée	Méthode plus coûteuse

Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) Épitaxie par jet moléculaire (MBE)

Processus chimique Processus physique

Implique une réaction chimique qui se produit lorsqu'un précurseur gazeux rencontre un substrat chauffé dans une chambre de croissance ou un réacteur. Le matériau à déposer est chauffé sous vide.

Contrôle précis du processus de croissance des films minces Contrôle précis de l'épaisseur et de la composition de la couche cultivée

Utilisé dans des applications nécessitant des couches épitaxiales de haute qualité utilisées dans des applications nécessitant des couches épitaxiales extrêmement fines

Méthode la plus couramment utilisée Méthode plus coûteuse

Le processus d'épitaxie est essentiel dans la fabrication de semi-conducteurs ; il optimise les performances de

dispositifs semi-conducteurs et circuits intégrés. Il s’agit de l’un des principaux processus de fabrication des dispositifs à semi-conducteurs qui affecte la qualité, les caractéristiques et les performances électriques des dispositifs.