Proces Epi (Epitaxy) je kľúčová technológia rastu materiálu v polovodičovej výrobe . Epitaxuje vrstvu vysoko kvalitnej platformy s jedným kokryštálom alebo kremíkovým zliatinovým materiálom na storočia s jedným krystovým kremíkom, aby poskytla lepšiu materiálovú platformu pre následné výroba zariadení {4} {4}. Bicmos, RF čipy atď. .
1. Definícia procesu EPI
Epitaxia (epitaxiálny rast) sa týka rastu rovnakých alebo rôznych materiálov pozdĺž smeru mriežky na kryštálovom substráte (zvyčajne kremíku s jedným krystím) s existujúcou mriežkovou štruktúrou za vzniku novej vrstvy jednosokryštálového materiálu s rovnakou kryštálovou orientáciou ako substrát .
2. Hlavný účel procesu EPI
| Účel | Ilustrovať |
| Vylepšená kvalita kryštálov | Poskytovanie vysokokvalitných vrstiev rastu s nízkou hustotou |
| Kontrola koncentrácie a typu dopingu | Oblasť, ktorá je nižšia (nízka dopetová) alebo viac dopovaná ako substrát, tvoriaca oblasť driftu . |
| Predstavovanie kmeňového inžinierstva | Predstavujeme SIGE alebo stresory vo vrstve EPI na zlepšenie mobility nosiča (napríklad napnutý kremík) |
| Poskytuje izolačnú vrstvu zariadenia | Podporuje tvorbu vertikálnych izolačných vrstiev v SOI, bicmos a ďalších štruktúrach |
| Podporuje štruktúry vysokonapäťových zariadení |
Napríklad LDMOS a IGBT vyžadujú hrubú, nízko dotknutú vrstvu EPI ako oblasť driftu na zvýšenie rozkladného napätia .
|
3. klasifikácia procesu EPI
1. klasifikácia podľa typu materiálu
| Typ | Opísať |
| SI Epi | Najbežnejšia, jednovrokryštálová kremíková epitaxiálna vrstva |
| Sige Epi | Epitaxné vrstvy kremíka dopované germánom pre inžinierstvo alebo RF zariadenia |
| Si: C Epi | Epitaxiálna vrstva kremíka dopovaná uhlíkom na obmedzenie difúzie bóru (PMOS) |
| III-V Epi | GAAS, INP atď |
2. Klasifikácia pomocou typu doping
| Typ | Opísať |
| Epi typu n | Fosfor/arzén dopované, vhodné pre driftnú vrstvu energetických zariadení, ako je N-LDMOS |
| Epi typu p | Bór dopovaný, vhodný pre štruktúru zariadenia CMOS typu p |
| Vnútorný EPI | Veľmi nízky doping, blízko vnútorného kremíka, pre aplikácie vysokého napätia |
3. klasifikácia podľa štrukturálnej formy
| Typ | Ilustrovať |
| Jednosmerný Epi | Jedna hrúbka/dopingová štruktúra |
| Viacvrstvový epi | Odstupňovaný doping, ako sú striedavé vrstvy P/N potrebné pre štruktúry SIJ SJ MOSFET |
| Selektívny epi | Rast iba v miestnych oblastiach oblátky (napríklad zdroj/odtok), používaný pre finfet alebo napäté štruktúry |
4. Prehľad toku procesu EPI
Príprava substrátu:
- leštené čistenie kremíkových doštičiek (čistenie RCA);
- Odstráňte pôvodnú vrstvu oxidu (ošetrenie plynu HF alebo HCl);
- Redukcia povrchu na čistenie SI (100) holý povrch
Rast kryštálov (epitaxiálna reakcia):
-Použite proces CVD (chemický depozícia pary);
-Prívodné reakčné plyny:
-Sih₄ (Silane), sicl₄, hcl
-Ping Gas: ph₃ (fosfor), b₂h₆ (bór), Ash₃ (arzén)
Parametre riadenia procesu:
-Tergeratúra: 900 stupňov ~ 1200 stupňov (reaktor horúcej steny alebo studenej steny)
-Tlačenie: nízky tlak alebo atmosférický tlak;
-Rasta rastu:<1μm/min (strict requirements on thickness/uniformity)
Po spracovaní:
-Testovacia rovnomernosť, distribúcia dopingu;
-Meranie výšky rýchlosti;
-Analýza defektu (E . g . pomocou optics/sem/afm/etc na detekciu dislokácie kryštálov)
5. Scenáre aplikácie EPI
1. Power Devices (LDMOS, IGBT, Diode)
Nízka dopingová, hrubá vrstva EPI tvorí oblasť driftu;
Zvýšte rozkladné napätie a znížte stratu vedenia .
2. Finfet/CMOS High-výkonné zariadenia
Selektívne Sige Epi v zdroji/odtoku;
Predstavovanie kmeňa, zlepšenie mobility a redukcia odporu .
3. RF zariadenia (RF CMOS, HBT)
Presne kontrolovaná vrstva SigE Epi tvorí heterogénne štruktúry (ako je Sige HBT);
Poskytuje lepšiu frekvenčnú odozvu a charakteristiky s nízkym šumom .
6. Výzvy procesu EPI
| Spochybniť | Ilustrovať |
| Kontrola defektov mriežky | Vrstva EPI musí udržiavať nízku dislokačnú hustotu (e . g . tdd <1e4) |
| Dopingová presná kontrola | Na dosiahnutie <5% variácie, najmä vo viacvrstvových štruktúrach |
| Čistota rozhrania | Nečistoty/oxidácia rozhrania môžu spôsobiť nesúlad kryštálov a degradáciu elektrickej energie |
| Výška kroku/kontrolu schodov | Vysoké požiadavky na následnú fotolitografiu a rovinnosť |
| Náklady | Zariadenie EPI je drahé, pomalé a nákladné |
7. Vzťah medzi EPI a inými technológiami
| Technológia | Vzťah |
| SOI | EPI sa môže pestovať na kremíkových vrstvách na výrobu zariadení |
| Finfet | Zdroj/odtok často používa selektívne EPI na zavedenie kmeňa |
| Super križovatka | Viac vrstiev striedavých vrstiev typu p/n |
| Vysoké napätie CMOS | Vrstva EPI predstavuje vysokonapäťovú oblasť driftu a spoločne optimalizuje Ron a BV s zakopanou vrstvou |
Zhrnúť
| Projekt | Spokojnosť |
| Účel | Poskytovanie vysoko kvalitných, dotingových kontrolovaných jednovrokryštálových štruktúr |
| Spôsob | Ukladanie chemickej pary (CVD) jednokryštálová epitaxia na doštičkách |
| Aplikácia | Zariadenia s vysokým napätím, RF, FinFet, SOI, Power Devices atď. . |
| Spochybniť | Defekty kryštálov, presnosť dopingu, povrchová rovinnosť, náklady |