1. Sfond: Għaliex il-wejfers tas-silikon mhumiex biżżejjed?
L-ewwel pass fil-manifattura tas-semikondutturi huwa l-kisba waħda tal-wejfer tas-silikon tal-kristall wieħed illustrat- (ġeneralment wejfer Czochralski mkabbar bl-użu tal-metodu CZ).
Madankollu, għalkemm dawn il-wejfers huma kristalli singoli, l-uċuħ tagħhom jistgħu ma jissodisfawx ir-rekwiżiti stretti tal-apparat għall-purità, id-densità tad-difetti, l-eżattezza tad-doping, u l-istruttura.
Partikolarment fin-nodi tal-proċess avvanzati u apparati ta 'prestazzjoni għoljin -, li joħolqu reġjuni attivi direttament fuq il-wejfer oriġinali jippreżenta limitazzjonijiet:
- Il-kontenut għoli ta 'ossiġnu fil-massa tal-wejfer (CZ silikon spiss ikollu preċipitat ta' ossiġnu), li jaffettwa l-apparat ta 'trasportatur tal-minoranza u t-tnixxija.
- Il-profil tad-doping tal-wejfer ma jistax jiġi aġġustat b'mod preċiż (speċjalment meta huma meħtieġa ultra - junctions baxxi jew strutturi ta 'gradjent).
- Mikro - difetti bħal diżlokazzjonijiet u grif jistgħu jeżistu fuq il-wiċċ, li jaffettwaw direttament ir-rendiment.
- Xi apparati jeħtieġu materjali eteroġenji (bħal sige, gaas - fuq - si, u sic {- fuq {-} si) {{{5- materjali li ma jistgħux jinkisbu mal-wafer innifsu.
Dan jirrikjedi teknoloġija li tista 'tiġi kkontrollata "mill-ġdid mill-ġdid" - il-proċess ta' tkabbir epitassjali (EPI).
2. Definizzjoni tal-qalba tal-proċess EPI
Epitaxy tirreferi għat-tkabbir ta 'film irqiq wieħed - fuq substrat tal-kristall wieħed - bl-istess orjentazzjoni tal-kristall bħas-substrat.
Dan jista 'jkun jew homoepitaxial (Si fuq Si) jew eteroepitaxial (Sige fuq Si, Gan fuq Sic, eċċ.).
Karatteristiċi ewlenin:
Is-saff epitassjali "jiret" l-istruttura tal-kannizzata tas-sottostrat (orjentazzjoni u allinjament tal-kristall) u għandu densità baxxa ta 'difett.
Il-ħxuna hija kontrollabbli (minn ftit nanometri sa għexieren ta 'mikroni).
It-tip ta 'doping, konċentrazzjoni u gradjent jistgħu jiġu aġġustati b'mod preċiż skond id-disinn.
3. Għaliex tuża l-proċess EPI?
Dan jista 'jiġi spjegat minn tliet perspettivi: prestazzjoni, proċess, u l-introduzzjoni ta' materjali ġodda:
3.1 Titjib tal-Prestazzjoni
Tnaqqis tad-densità tad-difetti
L-EPI tista 'tikber "difett - saff ħieles" li jiżola difetti tas-substrat mir-reġjun attiv, u b'hekk iżid il-ħajja ta' trasportatur ta 'minoranza (partikolarment importanti għal apparati ta' l-enerġija). Ottimizzazzjoni ta 'strutturi ta' doping
Ultra - junctions baxxi jew profili ta 'doping gradati jistgħu jinkisbu, li jtejbu l-vultaġġ tat-tqassim u l-karatteristiċi tal-konduzzjoni.
Titjib tal-prestazzjoni elettrika
Is-saffi epitassjali tar-reżistenza għolja {}}} saffi jistgħu jnaqqsu l-kapaċitanza parassitika (adattata għal apparati ta 'frekwenza għolja -), filwaqt li saffi epitassjali ħoxnin jistgħu jtejbu l-vultaġġ li jiflaħ għall-apparat ta' l-enerġija.
3.2 Kontroll tal-Proċess
Iżolament tal-apparat
L-użu ta 'saff EPI ta' reżistenza għolja - jista 'jtejjeb l-iżolament bejn apparati u jnaqqas il-crosstalk parassitiku.
Tnaqqis tal-Latch - Up
Fis-CMOs, is-saff epitassjali jista 'jrażżan il-bidu ta' strutturi ta 'tiristor parassitiċi.
Ħxuna flessibbli
Prodotti differenti jista 'jkollhom ħxuna EPI personalizzati fuq l-istess sottostrat (speċjalment komuni fl-applikazzjonijiet tal-qawwa, analoġiċi u RF).
3.3 Introduzzjoni ta 'materjali ġodda
Inġinerija tar-razza
SIGE Epitaxy, sic epitaxy, u Gan Epitaxy huma kollha miksuba permezz ta 'EPI.
Integrazzjoni eteroġenja
Fil-fotonika tas-silikon, MEMS, u apparat tal-enerġija, l-EPI tista 'tintuża biex tikber iii - materjali V fuq is-silikon. Strutturi ta 'Superlattice bħal HBTs u Lejżers tal-Bjar Quantum jeħtieġu deposizzjoni alternattiva ta' saffi ta 'materjali bi lakuni differenti ta' medda, li jeħtieġu EPI.
4. Tipi komuni ta 'proċess EPI
| Proċess | Karatteristiċi | Applikazzjonijiet |
|---|---|---|
|
SI EPI (kopertura omoġenja) |
Għoli - Purità Si saffi mkabbra fuq substrati Si |
CMOs, apparat tal-enerġija |
|
Sige Epi |
Kontenut GE kontrollabbli, razza - miksija |
Aċċellerazzjoni tal-PMOS, Sige HBT |
|
Sic epi |
Ebusija għolja, konduttività termali għolja, kamp ta 'tqassim għoli | Power Electronics (Silicon Carbide Mosfet) |
|
Gan Epi |
Bandgap wiesa ', mobilità għolja ta' elettroni | Frekwenza għolja -, għolja - Power Rf |
|
Ge epi fuq si |
Integrazzjoni optoelettronika, CMOs msaħħa | Fotonika tas-silikon, sejbien infra-aħmar |
5. Sfidi Tekniċi tal-Proċess EPI
Difetti fl-interface: It-tqabbil tal-kannizzata bejn is-saff epitassjali u s-sottostrat jeħtieġ preċiżjoni estremament għolja, inkella jiġu ġġenerati diżlokazzjonijiet.
Ġestjoni tal-istress: Stress eċċessiv waqt tkabbir eteroepitaxial jista 'jikkawża warping jew cracking.
Kontroll preċiż tad-doping: Il-firxa tal-konċentrazzjoni tista 'tilħaq 10¹³-10²⁰ cm⁻³, b'rekwiżit ta' eżattezza ta '± 1%.
Uniformità tal-ħxuna: Dijametru kbir - (300mm) il-wejfers jeħtieġu uniformità tal-ħxuna ta '<1%.
6. Sommarju
Il-proċess EPI ħareġ minħabba li jista '"jerġa' jġib mill-ġdid" il-wejfer biex joħloq kwalità għolja -, disinji, baxxi - difett, u saff tal-wiċċ tad-doping kontrollabbli. Dan mhux biss jestendi l-ħajja ta 'CMOs tas-silikon, iżda jipprovdi wkoll triq għall-implimentazzjoni ta' materjali ġodda u strutturi ta 'apparat ġdid.
Mingħajr EPI, ikun diffiċli li tinkiseb il-prestazzjoni għolja tal-lum - PMOS, Power MOSFET, Sige HBT, u apparat tal-enerġija Sic / GAN.
