Quel est le processus épitaxial?

Aperçu des processus épitaxiaux

Le terme "épitaxie" dérive des mots grecs "Epi" "signifiant" up "et" taxis ", signifiant" ordonné ", indiquant la nature ordonnée de la croissance cristalline. L'épitaxy est un processus crucial dans la fabrication de semi-conducteurs, se référant à la croissance d'une fine couche cristalline sur un substrat cristallin. Le processus d'épitaxie (EPI) dans la fabrication de semi-conducteurs vise à déposer une belle couche de monocristal, généralement d'environ 0,5 à 20 microns, sur un substrat à cristal monocuste. Le processus EPI est une étape importante dans la fabrication de dispositifs semi-conducteurs, en particulier dansWafer en siliciumfabrication.

L'épitaxy permet le dépôt de films minces qui sont fortement commandés et peuvent être adaptés à des propriétés électroniques spécifiques. Ce processus est essentiel pour créer des dispositifs semi-conducteurs de haute qualité, tels que les diodes, les transistors et les circuits intégrés.

Types d'épitaxy

Dans le processus d'épitaxie, l'orientation de la croissance est déterminée par le cristal de base sous-jacent.  Il peut y avoir une ou plusieurs couches d'épitaxie en fonction de la répétition du dépôt. Le processus d'épitaxie peut être utilisé pour former une mince couche de matériau qui peut être identique ou différente du substrat sous-jacent en termes de composition chimique et de structure. L'épitaxy peut être classé en deux catégories principales en fonction de la relation entre le substrat et la couche épitaxiale:HomoépitaxieetHétéroépitaxie.

Ensuite, nous analyserons les différences entre l'homoépitaxie et l'hétéroépitaxie à partir de quatre dimensions: couche cultivée, structure cristalline et réseau, exemple et application:

● Homoépitaxie: Cela se produit lorsque la couche épitaxiale est fabriquée à partir du même matériau que le substrat.

Couche adulte: La couche cultivée épitaxiale est du même matériau que 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.

✔ Exemple: Croissance épitaxiale du silicium très pur sur le silicium substrat.

✔ Application: Construction du dispositif semi-conducteur où des couches de différents niveaux de dopage sont nécessaires ou des films purs sur des substrats moins purs.

● Hétéropitaxie: Cela implique différents matériaux utilisés pour la couche et le substrat, tels que la culture de l'arséniure de gallium en aluminium (algaas) sur l'arséniure de gallium (GaAs). L'hétéroépitaxie réussie nécessite des structures cristallines similaires entre les deux matériaux pour minimiser les défauts.

Couche adulte: La couche cultivée épitaxiale est d'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 différentes.

✔ Exemple: Croisant épitaxialement l'arséniure de gallium sur un substrat de silicium.

✔ Application: Construction du dispositif semi-conducteur où des couches de différents matériaux sont nécessaires ou pour construire un film cristallin d'un matériau qui n'est pas disponible en un seul cristal.

Facteurs influençant le processus EPI dans la fabrication de semi-conducteurs:

✔ 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 de l'épitaxie conduisent à des plaquettes défectueuses. Les conditions physiques requises pour le processus EPI doivent être maintenues pour la croissance de la couche épitaxiale non défectueuse.

✔ Position souhaitée: La croissance épitaxiale doit être dans les positions correctes sur le cristal. Les régions qui doivent être exclues du processus épitaxial doivent être correctement filmées pour éviter la croissance.

✔ Automatiquement: Comme le processus d'épitaxie est effectué à des températures élevées, les atomes de dopant peuvent être capables d'apporter des variations dans le matériau.

Techniques de croissance épitaxiale

Il existe plusieurs méthodes pour effectuer le processus d'épitaxie: épitaxie à phase liquide, épitaxie de phase de vapeur hybride, épitaxie de phase solide, dépôt de couche d'atomes, dépôt chimique de vapeur, épitaxie du faisceau moléculaire, etc. Comparons les deux processus épitaxy: CVD et MBE.

Modes de croissance épitaxiaux

Modes de croissance épitaxy: La croissance épitaxiale peut se produire à travers différents modes, qui affectent la façon dont les couches se forment:

✔ (a) Volmer-weber (VW): Caractérisé par la croissance de l'île tridimensionnelle où la nucléation se produit avant la formation continue du film.

✔ (b)Frank-Van der Merwe (FM): Implique une croissance de couche par couche, favorisant l'épaisseur uniforme.

✔ (c) Les krastans latéraux (SK): Une combinaison de VW et de FM, en commençant par la croissance de la couche qui passe à la formation de l'île après une épaisseur critique.

Importance de la croissance épitaxy dans la fabrication de semi-conducteurs

L'épitaxie est vitale pour améliorer les propriétés électriques des plaquettes de semi-conducteur. La capacité de contrôler les profils de dopage et d'obtenir des caractéristiques de matériaux spécifiques rend l'épitaxie indispensable dans l'électronique moderne.

De plus, les processus épitaxiaux sont de plus en plus significatifs dans le développement de capteurs à haute performance et d'électronique de puissance, reflétant les progrès continus dans la technologie des semi-conducteurs. La précision requise pour contrôler les paramètres tels queTempérature, pression et débit de gazPendant la croissance épitaxiale, la croissance est essentielle pour atteindre des couches cristallines de haute qualité avec un minimum de défauts.