Silizio Epitaxiaren ezaugarriak

Silizio epitaxiaoinarrizko prozesu erabakigarria da erdieroaleen fabrikazio modernoan. Kristal bakarreko silizioko film meheetako geruza bat edo gehiago hazteko prozesua aipatzen da kristal egitura zehatza, lodiera, dopinaren kontzentrazioa eta motako kristal bakarreko silizio bakarreko substratuan. Zinema plano hau geruza epitaxial deritzo (Epitario geruza edo EPI geruza), eta geruza epituxial bat duen siliziozko ogiak silizio epituxikoaren ogiak deitzen dira. Bere ezaugarri nagusia da siliziozko geruza epitaxialak azpiatalaren egituraren jarraipena dela kristalografian, kristal-orientazio bera mantenduz substratu gisa, kristal egitura bakarra osatuz. Horri esker, geruza epitaxialak substratuaren desberdinak diren propietate elektrikoak diseinatu ahal izango ditu, eta, beraz, errendimendu handiko erdieroale gailuak fabrikatzeko oinarri emanez.

Vertial Epitaxial Susceptor for Silicon Epitaxy

Ⅰ Zer da silizio epitaxia?

1) definizioa: Silicon Epitaxia silikonaren atomoak kristal bakarreko silizioko substratu batean metatzen dituen teknologia da, metodo kimiko edo fisikoen bidez, eta substratuaren egituraren arabera antolatzen ditu kristal bakarreko silizioko film mehe berri bat hazteko.

2) zuntzekin bat datozenak: Oinarrizko ezaugarria hazkunde epituxialaren ordena da. Gordailutako silikono atomoak ez dira ausaz pilatzen, baina substratuaren kristal orientazioaren arabera antolatuta daude substratuaren gainazalean emandako atomoek emandako "txantiloiaren" gidaliburuan, maila atomikoko erreplikazio zehatza lortuz. Horrek ziurtatzen du geruza epitaxiala kalitate handiko kristal bakarra dela, polikzistalina edo amorfoa baino.

3) Kontrolibilitatea: Silicon Epitaxia prozesuak hazkunde-geruzaren lodieraren kontrol zehatza ahalbidetzen du (nanometroetatik mikrometroetara), dopin motakoa (N-mota edo P motakoak) eta dopinaren kontzentrazioa. Horri esker, propietate elektriko desberdinak dituzten eskualdeak silizio-ogitar berean eratu ahal izango dira, hau da, zirkuitu integratu konplexuak fabrikatzeko gakoa da.

4) Interfazearen ezaugarriak: Interfaze bat eratzen da geruza epituxialaren eta substratuaren artean. Egokiena, interfaze hau atomikoki laua eta kutsadura da. Hala ere, interfazearen kalitatea funtsezkoa da geruza epitaxialaren errendimenduarentzat, eta edozein akats edo kutsadurari dagokionez, gailuaren azken emanaldian eragina izan dezake.

Ⅱ Silizioaren epitaxiaren printzipioak

Silikonaren hazkunde epitaxiala, batez ere, silikono atomoen energia eta ingurune egokia ematearen araberakoa da substratuaren gainazalean migratzeko eta konbinaziorako energia baxuena duen posizioa aurkitzeko. Gaur egun erabiltzen den teknologia da kimikoen gordailua (CVD).

Vapor Kimikoen Gordailua (CVD): hau da silizio epitaxia lortzeko metodo nagusia. Oinarrizko printzipioak hauek dira:

● Aitzindarien garraioa: Silicon elementua (aitzindaria) duen gasa, esaterako, SIH4CL2), diklorosilanoa (Sih2Cl2) edo Trichlorosilane (Sihcl3), eta Dopant Gas (esaterako, P-motako dopinarentzako N-motako eta Diborane B2h6-rako ph3 fosfina), proportzio zehatzak nahasten dira eta tenperatura handiko erreakzio ganbera batean nahasten dira.

● Azaleko erreakzioa: Tenperatura altuetan (normalean 900 ºC eta 1200 ºC artean), gas hauek deskonposizio kimikoa edo erreakzio txikia izaten dute silizio berotutako substratuaren gainazalean. Adibidez, Sih4 → Si (Solid) + 2h2 (gasa).

● Gainazaleko migrazioa eta nukleazioa: Deskonposizioaren ondorioz sortutako silikonono atomoak substratuaren gainazalera eta azalean migratzen dira, azkenean, konbinatu beharreko sareta egokia aurkitu eta bakar bat osatzen hastekokristal geruza. Epitario hazkundearen kalitatea silizioaren araberakoa da neurri handi batean urrats honen kontrolean.

● Geruza hazkundea: Geruza atomiko berriek etengabe errepikatzen dute substratuaren zuntzezko egitura, geruza geruza hazten da eta silikonazko geruza epitaxial bat eratzen du lodiera jakin batekin.

Gako prozesuaren parametroak: silizioaren epitaxia prozesuaren kalitatea zorrotz kontrolatzen da, eta funtsezko parametroak hauek dira:

● Tenperatura: Erreakzio-tasari, gainazaleko mugikortasunari eta akatsak eratzeko eragiten die.

● Presio: Gas garraioaren eta erreakzioaren bidea eragiten du.

● Gas-fluxua eta erlazioa: Hazkunde-tasa eta doping kontzentrazioa zehazten ditu.

● Substratu gainazaleko garbitasuna: Kutsatzaile edozein akatsaren jatorria izan daiteke.

● Beste teknologia batzuk: CVDa izan arren, habe molekularreko epitaxia (MBE) bezalako teknologiak ere erabil daitezke silizio-epitaxia egiteko, batez ere I + G edo aplikazio bereziak zehaztasun handiko kontrola behar duten aplikazio berezietan.MBEk zuzenean silizio iturriak lurruntzen ditu ultra-altuko ingurune batean, eta habe atomikoak edo molekularrak zuzenean proiektatzen dira hazkuntzarako substratuan.

Ⅲ Silicon Epitaxia Teknologiaren aplikazio espezifikoak erdieroaleen fabrikazioan

Silicon Epitaxy teknologiak asko zabaldu du silikonako materialen aplikazio sorta eta ezinbesteko zati bat da gailu erdieroale aurreratu asko fabrikatzeko.

● CMOS teknologia. Siliziozko silizioaren egitura epitaxial honek ez du eraginkortasunez kendu efektua (latch-up), gailuaren fidagarritasuna hobetu eta substratuaren erresistentzia baxua mantentzen du, gaur egungo eroalea eta bero disipazioa bultzatzeko.

● Transistore bipolarrak (BJT) eta Bicmos: Gailu hauetan silizio epitaxia oinarriaren edo biltzailearen eskualdeko egiturak zehaztasunez eraikitzeko erabiltzen da, eta transistorearen irabazia, abiadura eta bestelako ezaugarriak optimizatuta daude geruza epituxialaren dopin-kontzentrazioa eta lodiera kontrolatuz.

● Irudi sentsorea (CIS): Irudi sentsoreen aplikazio batzuetan, siliziozko ogiak epitaxialak pixelen isolamendu elektrikoa hobetu dezake, kroskologia murriztu eta bihurketa-eraginkortasun fotoelektrikoaren optimizazioa. Geruza epitaxialak eremu aktibo garbiagoa eta gutxiago eskaintzen du.

● Prozesu aurreratuko nodoak: Gailuaren tamainak txikitu egiten duelako, materialen propietateen eskakizunak gero eta altuagoak dira. Silizioaren epitaxia teknologia, hazkunde epitaxial selektiboa (SEG) barne, silizio edo silikoko geruxu epituxikoak (suzkoa) geruza epitaxialak hazteko erabiltzen da garraiolari mugikortasuna hobetzeko eta, beraz, transistoreen abiadura handitzen da.

Silizio epitaxiarentzako epitaxial horizonala

ⅣSilizio Epitaxia Teknologiaren arazoak eta erronkak

Silizio epitaxia teknologia heldua eta oso erabilia den arren, oraindik ere erronka eta arazo batzuk daude silizio prozesuaren hazkunde epitaxialean:

● Akatsa kontrolatzea: Haltza epituxialetan sor daitezke hutsegiteak, dislokazioak, irristagaitza eta abar. Akats horiek gailuaren errendimendu elektriko, fidagarritasun eta errendimendua eragin dezakete. Akatsak kontrolatzea ingurune oso garbia, prozesu optimizatutako parametroak eta kalitate handiko substratuak behar ditu.

● Egokitasun. Uniformetasunak ez du gailuaren errendimenduaren desberdintasunak sor ditzake wafer berean.

● Autodoping: Epitarazio hazkunde prozesuan, kontzentrazio handiko substratuan, gasaren geruza gero eta handiagoa izan daiteke gasaren fasearen difusioaren edo estatu solidoaren hedapenaren bidez, epitaxial geruza dopinaren kontzentrazioa eragindako balioa desbideratzeko, batez ere epitaxial geruzaren eta substratuaren arteko interfazearen ondoan. Hau da silizio epitaxia prozesuan jorratu behar diren gaietako bat.

● Azaleko morfologia: Epitarxial geruzaren azalerak oso laua izan behar du eta edozein zimurtasun edo gainazaleko akatsak (horrelakoak) ondorengo prozesuetan eragina izango du litografian.

● Kostatu: Siliziozko ogitar arrunt arruntekin alderatuta, silizio epituxikoko ogiak ekoiztea prozesuko urratsak eta ekipoen inbertsioa gehitzen ditu, kostu handiagoak lortuz.

● Epitaxia selektiboaren erronkak: Prozesu aurreratuetan, hazkunde epitaxial selektiboak (hazkundeak eremu zehatzetan soilik) eskaerak altuagoak dira prozesuaren kontrolean, hala nola hazkunde-tasa, alboko gehiegizko kontrola, etab.

ⅤBukaera

Memateren prestaketa teknologia funtsezko funtsezko gisa, oinarrizko funtzioasilizio epitaxiaKalitate handiko kristal bakarreko silikonazko geruza zehatzak zehaztasunez hazteko gaitasuna da kristal bakarreko silizioko substratuetan propietate elektriko eta fisiko jakinekin. Silizioaren epitaxia prozesuan tenperatura, presioa eta aire-fluxua bezalako parametroen kontrol zehatzaren bidez, geruza lodiera eta dopinaren banaketa pertsonaliza daitezke, CMOS, Potentzia gailuak eta sentsoreak bezalako hainbat aplikazio erdieroaleen beharrak asetzeko.

Silizioaren hazkunde epitaxialak akatsak, uniformismoa, auto-dopina eta kostua izan arren, teknologiaren etengabeko aurrerapenarekin, silizioaren epitaxia da oraindik errendimenduaren hobekuntza eta berrikuntza funtzionalaren berrikuntza funtzionalaren kudeatzaileen oinarrizko bat da, eta silikonazko silikonaren fabrikazio epituxialean duen posizioa ordezkaezina da.