تكنولوجيا تحضير السيليكون (SI)

السيليكون (SI) epitaxyتكنولوجيا التحضير

ما هو النمو الفوقي؟

· لا يمكن للمواد البلورية الواحدة وحدها تلبية احتياجات الإنتاج المتزايد لأجهزة أشباه الموصلات المختلفة. في نهاية عام 1959 ، طبقة رقيقة منكريستال واحدتكنولوجيا النمو المادي - تم تطوير النمو الفوقي.

النمو الفوقي هو تنمية طبقة من المواد التي تلبي المتطلبات على ركيزة بلورية واحدة تمت معالجتها بعناية عن طريق القطع والطحن والتلميع في ظل ظروف معينة. نظرًا لأن طبقة المنتج المفردة المزروعة هي امتداد لشبكة الركيزة، فإن طبقة المادة المزروعة تسمى الطبقة الفوقية.

تصنيف خصائص الطبقة الفوقية

·نفوق متجانس: الطبقة الحالة الفوقيةهو نفس مادة الركيزة ، والتي تحافظ على اتساق المادة وتساعد على تحقيق بنية منتج عالية الجودة وخصائص كهربائية.

·epitaxy غير متجانسة: الطبقة الحالة الفوقيةيختلف عن مادة الركيزة. من خلال اختيار ركيزة مناسبة ، يمكن تحسين ظروف النمو ويمكن توسيع نطاق تطبيق المادة ، ولكن التحديات التي يلفها عدم تطابق شعرية واختلافات التوسع الحراري تحتاج إلى التغلب عليها.

التصنيف حسب موضع الجهاز

الفوق الفوقي: يشير إلى تكوين طبقة الفوقي على مادة الركيزة أثناء نمو البلورة، ويتم تصنيع الجهاز على الطبقة الفوقية.

النفوق العكسي: على عكس النفوق الإيجابي، يتم تصنيع الجهاز مباشرة على الركيزة، بينما يتم تشكيل الطبقة الفوقية على هيكل الجهاز.

اختلافات التطبيق: يعتمد تطبيق الاثنين في تصنيع أشباه الموصلات على خصائص المواد المطلوبة ومتطلبات تصميم الجهاز، وكل منهما مناسب لتدفقات العمليات المختلفة والمتطلبات الفنية.

تصنيف طريقة النمو الفوقي

· epitaxy المباشر هي وسيلة لاستخدام التدفئة أو القصف الإلكترون أو المجال الكهربائي الخارجي لجعل ذرات المواد المتنامية تحصل على طاقة كافية ، والترحيل مباشرة على سطح الركيزة لإكمال النمو الفوقي ، مثل ترسب الفراغ ، والفساد ، والتسامي ، وما إلى ذلك. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة لها متطلبات صارمة على المعدات. إن مقاومة وسمك الفيلم لها ضعف تكرار ، لذلك لم يتم استخدامه في الإنتاج الفوقي للسيليكون.

· epitaxy غير المباشر هو استخدام التفاعلات الكيميائية لإيداع وزراعة الطبقات الفوقية على سطح الركيزة ، والذي يسمى على نطاق واسع ترسب البخار الكيميائي (CVD). ومع ذلك ، فإن الفيلم الرقيق الذي يزرعه الأمراض القلبية الوعائية ليس بالضرورة منتجًا واحدًا. لذلك ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، فإن CVD فقط الذي ينمو فيلمًا واحدًا هو نمو مثالي. تحتوي هذه الطريقة على معدات بسيطة ، وتكون المعلمات المختلفة للطبقة الفوقية أسهل في التحكم فيها وتكرار جيد. في الوقت الحاضر ، يستخدم النمو الفوقي السيليكون هذه الطريقة بشكل أساسي.

فئات أخرى

· وفقًا لطريقة نقل ذرات المواد الفوقية إلى الركيزة ، يمكن تقسيمها إلى epitaxy الفراغ ، و epitaxy طور الغاز ، و epitaxy الطور السائل (LPE) ، إلخ.

· حسب عملية تغير المرحلة يمكن تقسيم النفوق إلىمرحلة الغاز epitaxy, المرحلة السائلة epitaxy، والمرحلة الصلبة الفوقية.

المشاكل التي تم حلها عن طريق العملية الفوقية

· عندما بدأت تكنولوجيا النمو الفوقي للسيليكون ، كان الوقت الذي واجه فيه تصنيع التردد العالي من السيليكون وتصنيع الترانزستور عالي الطاقة صعوبات. من منظور مبدأ الترانزستور ، للحصول على تواتر عالي وطاقة عالية ، يجب أن يكون جهد انهيار جامع مرتفعًا ويجب أن تكون مقاومة السلسلة صغيرة ، أي أن انخفاض جهد التشبع يجب أن يكون صغيرًا. الأول يتطلب أن تكون مقاومة مادة منطقة جامع عالية ، في حين أن الأخير يتطلب أن تكون مقاومة مادة منطقة جامع منخفضة ، والاثنان متناقضان. إذا تم تقليل مقاومة السلسلة عن طريق تخفيف سمك مادة منطقة جامع ، فستكون رقاقة السيليكون رقيقة وهشة للغاية بحيث لا يمكن معالجتها. إذا تم تقليل مقاومة المادة ، فستناقض المتطلبات الأولى. لقد نجحت التكنولوجيا الفوقية في حل هذه الصعوبة بنجاح.

حل:

· قم بتنمية طبقة مثقبة ذات قدرة عالية على الركيزة ذات المقاومة المنخفضة للغاية ، وتصنيع الجهاز على الطبقة الفوقية. تضمن الطبقة الطبية ذات المقاومة العالية أن الأنبوب له جهد عالي الانهيار ، في حين أن الركيزة ذات المقاومة المنخفضة تقلل من مقاومة الركيزة وانخفاض جهد التشبع ، وبالتالي حل التناقض بين الاثنين.

بالإضافة إلى ذلك ، التقنيات الفوقية مثل epitaxy طور البخار ، و epitaxy الطور السائل ، و epitaxy الحزمة الجزيئية ، والمواد المركب المعدنية المركب epitaxy لعائلة 1-V ، وعائلة 1-V ، ومواد أشباه الموصلات الأخرى المركب مثل GaAs تم تطويرها أيضًا بشكل كبير وأصبحت تقنيات عملية لا غنى عنها لتصنيع معظم الميكروويف والأجهزة الإلكترونية الضوئية.

على وجه الخصوص ، التطبيق الناجح للحزمة الجزيئية والبخار العضوي المعدنيالطور Epitaxy في طبقات رقيقة للغاية ، و superlattices ، والآبار الكمومية ، والخطوقة المتوترة ، والطبقة الرقيقة على المستوى الذري ، وضعت الأساس لتطوير مجال جديد من أبحاث أشباه الموصلات ، "هندسة النطاق".

خصائص النمو الفوقي

(1) يمكن زراعة الطبقات الفوقية عالية (منخفضة) المقاومة على ركائز مقاومة منخفضة (عالية).

(2) N (P) يمكن زراعة الطبقات الفوقية على ركائز P (N) لتشكيل تقاطعات PN مباشرة. لا توجد مشكلة تعويض عند عمل تقاطعات PN على ركائز واحدة عن طريق الانتشار.

(3) جنبًا إلى جنب مع تقنية القناع ، يمكن تنفيذ نمو الحالة الفوقية الانتقائية في المناطق المحددة ، مما يخلق شروطًا لإنتاج الدوائر والأجهزة المتكاملة مع هياكل خاصة.

(4) يمكن تغيير نوع وتركيز المنشطات حسب الحاجة أثناء النمو الفوقي. يمكن أن يكون تغيير التركيز مفاجئًا أو تدريجيًا.

(5) يمكن زراعة طبقات رقيقة جدًا من المركبات غير المتجانسة، ومتعددة الطبقات، ومتعددة المكونات ذات المكونات المتغيرة.

(6) يمكن إجراء النمو الفوقي عند درجة حرارة أقل من نقطة انصهار المادة. يمكن التحكم في معدل النمو، ويمكن تحقيق النمو الفوقي لسمك المقياس الذري.

متطلبات النمو الفوقي

(1) يجب أن يكون السطح مسطحًا ومشرقًا، بدون عيوب سطحية مثل البقع المضيئة والحفر وبقع الضباب وخطوط الانزلاق

(2) سلامة كريستال جيدة، خلع منخفض وكثافة خطأ التراص. لسيليكون epitaxy، يجب أن تكون كثافة الخلع أقل من 1000/cm2 ، وينبغي أن تكون كثافة صدع التراص أقل من 10/سم 2 ، ويجب أن يظل السطح مشرقًا بعد تآكله بواسطة محلول حفر حمض الكروم.

(3) يجب أن يكون تركيز الشوائب الخلفية للطبقة الفوقية منخفضًا ويجب أن يكون هناك حاجة إلى تعويض أقل. يجب أن تكون نقاء المواد الخام مرتفعة ، ويجب أن يكون النظام مغلقًا جيدًا ، وينبغي أن تكون البيئة نظيفة ، ويجب أن تكون العملية صارمة لتجنب دمج الشوائب الأجنبية في الطبقة الفوقية.

(4) بالنسبة إلى epitaxy غير المتجانسة ، يجب أن يتغير تكوين الطبقة الفوقية والركيزة فجأة (باستثناء متطلبات تغيير التركيب البطيء) وينبغي التقليل إلى الحد الأدنى من الانتشار المتبادل للتكوين بين الطبقة الفوقية والركيزة.

(5) ينبغي التحكم بشكل صارم في تركيز المنشطات وتوزيعه بالتساوي بحيث تتمتع الطبقة الفوقية بمقاومة موحدة تلبي المتطلبات. ويشترط أن تكون المقاومةرقائق الفوقييجب أن تكون متسقة في أفران مختلفة في نفس الفرن.

(6) يجب أن يفي سمك الطبقة الفوقية بالمتطلبات، مع تجانس جيد وقابلية تكرار.

(7) بعد النمو الفوقي على ركيزة ذات طبقة مدفونة ، يكون تشويه نمط الطبقة المدفون صغيرًا جدًا.

(8) يجب أن يكون قطر الرقاقة الفوقي كبيرًا قدر الإمكان لتسهيل الإنتاج الضخم للأجهزة وخفض التكاليف.

(9) الاستقرار الحراري للالطبقات الفوقية أشباه الموصلات المركبةوالتنافر المتغاير جيد.