Qual è il processo epitassiale?

Panoramica dei processi epitassiali

Il termine "epitassia" deriva dalle parole greche "epi," che significa "su" e "taxi", che significa "ordinato", indicando la natura ordinata della crescita cristallina. L'epitassia è un processo cruciale nella fabbricazione di semiconduttori, riferendosi alla crescita di uno strato cristallino sottile su un substrato cristallino. Il processo Epitaxy (EPI) nella fabbricazione di semiconduttori mira a depositare uno strato fine di cristallo singolo, di solito da 0,5 a 20 micron, su un singolo substrato di cristallo. Il processo EPI è un passo significativo nella produzione di dispositivi a semiconduttore, specialmente inWafer di siliciofabbricazione.

L'epitassia consente la deposizione di film sottili che sono altamente ordinati e possono essere adattati per proprietà elettroniche specifiche. Questo processo è essenziale per la creazione di dispositivi a semiconduttore di alta qualità, come diodi, transistor e circuiti integrati.

Tipi di epitassia

Nel processo di epitassia, l'orientamento della crescita è determinato dal cristallo di base sottostante.  Ci possono essere uno o molti strati di epitassia a seconda della ripetizione della deposizione. Il processo di epitassia può essere impiegato per formare un sottile strato di materiale che può essere uguale o diverso dal substrato sottostante in termini di composizione e struttura chimica. L'epitassia può essere classificata in due categorie primarie in base alla relazione tra il substrato e lo strato epitassiale:OmoepitaxyEEteroepitaxy.

Successivamente, analizzeremo le differenze tra omoepitaxy ed eteroepitaxy da quattro dimensioni: strato coltivato, struttura cristallina e reticolo, esempio e applicazione:

● omoepitaxy: Ciò si verifica quando lo strato epitassiale è realizzato con lo stesso materiale del substrato.

✔ strato cresciuto: Lo strato coltivato epitassialmente è dello stesso materiale dello strato di substrato.

✔ Struttura e reticolo cristalline: La struttura cristallina e la costante reticolare del substrato e dello strato epitassiale sono uguali.

✔ Esempio: Crescita epitassiale di silicio altamente puro sul silicio del substrato.

✔ Applicazione: Costruzione del dispositivo a semiconduttore in cui sono richiesti strati di diversi livelli di doping o film puri su substrati meno puri.

● Eteroepitaxy: Ciò coinvolge materiali diversi utilizzati per lo strato e il substrato, come l'arsenuro di gallio in alluminio (Algaas) in gallio. L'eteroepitassia di successo richiede strutture cristalline simili tra i due materiali per ridurre al minimo i difetti.

✔ strato cresciuto: Lo strato coltivato epitassialmente è di materiale diverso rispetto allo strato di substrato.

✔ Struttura e reticolo cristalline: La struttura cristallina e la costante reticolare del substrato e dello strato epitassiale sono diversi.

✔ Esempio: Arsenide di gallio in crescita epitassialmente su un substrato di silicio.

✔ Applicazione: Costruzione del dispositivo a semiconduttore in cui sono necessari strati di materiali diversi o per costruire un film cristallino di un materiale che non è disponibile come singolo cristallo.

Fattori che influenzano il processo EPI nella fabbricazione di semiconduttori:

✔ Temperatura: Influisce sulla velocità di epitassia e la densità dello strato epitassiale. La temperatura richiesta per il processo di epitassia è superiore alla temperatura ambiente e il valore dipende dal tipo di epitassia.

✔ Pressione: Influisce sulla velocità di epitassia e la densità dello strato epitassiale.

✔ Difetti: Difetti nell'epitassia portano a wafer difettosi. Le condizioni fisiche richieste per il processo EPI dovrebbero essere mantenute per la crescita degli strati epitassiali non difettosi.

✔ Posizione desiderata: La crescita epitassiale dovrebbe trovarsi nelle posizioni corrette sul cristallo. Le regioni che dovrebbero essere escluse dal processo epitassiale dovrebbero essere correttamente filmate per prevenire la crescita.

✔ Autodopando: Poiché il processo di epitassia viene condotto ad alte temperature, gli atomi di droganti possono essere in grado di portare variazioni nel materiale.

Tecniche di crescita epitassiale

Esistono diversi metodi per eseguire il processo di epitassia: epitassia della fase liquida, epitassia della fase vapore ibrida, epitassia della fase solida, deposizione dello strato atomo, deposizione di vapore chimico, epitassia del fascio molecolare, ecc. Confrontiamo i due processi di epitassia: CVD e MBE.

Modalità di crescita epitassiale

Modalità di crescita dell'epitassia: La crescita epitassiale può verificarsi attraverso diverse modalità, che influenzano il modo in cui si formano gli strati:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): Caratterizzato da una crescita dell'isola tridimensionale in cui si verifica la nucleazione prima della formazione continua del film.

✔ (b)Frank-van der Merwe (FM): Comporta una crescita strato per strato, promuovendo lo spessore uniforme.

✔ (c) The Side-Krastans (SK): Una combinazione di VW e FM, a partire dalla crescita dello strato che passa alla formazione dell'isola dopo uno spessore critico.

L'importanza della crescita dell'epitassia nella produzione di semiconduttori

L'epitassia è vitale per migliorare le proprietà elettriche dei wafer a semiconduttore. La capacità di controllare i profili di doping e ottenere caratteristiche di materiale specifiche rende l'epitassia indispensabile nell'elettronica moderna.

Inoltre, i processi epitassiali sono sempre più significativi nello sviluppo di sensori ad alte prestazioni e elettronica di potenza, riflettendo i progressi in corso nella tecnologia dei semiconduttori. La precisione richiesta nel controllo dei parametri comeTemperatura, pressione e portata del gasDurante la crescita epitassiale è fondamentale per raggiungere strati cristallini di alta qualità con difetti minimi.