반도체 에피택시 공정이란?

완벽한 결정질 베이스 레이어 위에 집적 회로나 반도체 장치를 구축하는 것이 이상적입니다. 그만큼에피택시(epi) 반도체 제조 공정은 단결정 기판 위에 일반적으로 약 0.5~20 마이크론의 미세한 단결정 층을 증착하는 것을 목표로 합니다. 에피택시 공정은 반도체 장치 제조, 특히 실리콘 웨이퍼 제조에서 중요한 단계입니다.

반도체 제조의 에피택시(epi) 공정

반도체 제조의 에피택시 개요

반도체 제조의 에피택시(epi) 공정은 결정질 기판 위에 주어진 방향으로 얇은 결정질 층을 성장시키는 과정입니다.

목표 반도체 제조에서 에피택시 공정의 목표는 전자가 장치를 통해 보다 효율적으로 전달되도록 하는 것입니다. 반도체 장치의 구성에는 구조를 미세화하고 균일하게 만들기 위해 에피택시 층이 포함됩니다.

프로세스에피택시공정을 통해 동일한 재료의 기판에 더 높은 순도의 에피택셜 층을 성장시킬 수 있습니다. 이종접합 양극성 트랜지스터(HBT) 또는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)와 같은 일부 반도체 재료에서 에피택시 공정은 기판과 다른 재료 층을 성장시키는 데 사용됩니다. 고도로 도핑된 물질층 위에 저밀도 도핑층을 성장시키는 것이 에피택시 공정입니다.

반도체 제조의 에피택시 공정 개요

정의 반도체 제조의 에피택시(epi) 공정에서는 결정질 기판 위에 주어진 방향으로 얇은 결정질 층을 성장시킬 수 있습니다.

반도체 제조의 목표인 에피택시 공정의 목표는 전자가 장치를 통해 더 효율적으로 전달되도록 만드는 것입니다. 반도체 장치의 구성에는 구조를 미세화하고 균일하게 만들기 위해 에피택시 층이 포함됩니다.

에피택시 공정을 통해 동일한 재료의 기판에 더 높은 순도의 에피택셜 층을 성장시킬 수 있습니다. 이종접합 양극성 트랜지스터(HBT) 또는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)와 같은 일부 반도체 재료에서 에피택시 공정은 기판과 다른 재료 층을 성장시키는 데 사용됩니다. 고도로 도핑된 물질층 위에 저밀도 도핑층을 성장시키는 것이 에피택시 공정입니다.

반도체 제조의 에피택셜 공정 유형

에피택셜 공정에서 성장 방향은 밑에 있는 기판 결정에 의해 결정됩니다. 증착의 반복에 따라 하나 이상의 에피택셜 층이 있을 수 있습니다. 에피택셜 공정은 기본 기판과 화학적 조성 및 구조가 동일하거나 다른 얇은 재료 층을 형성하는 데 사용될 수 있습니다.

두 가지 유형의 Epi 프로세스

형질동종에피택시 이종에피택시

성장층 에피택셜 성장층은 기판층과 동일한 재료입니다. 에피택셜 성장층은 기판층과 다른 재료입니다.

결정 구조 및 격자 기판과 에피택셜층의 결정 구조 및 격자 상수는 동일함 기판과 에피택셜층의 결정 구조 및 격자 상수는 다름

사례 실리콘 기판에서 고순도 실리콘의 에피택셜 성장 실리콘 기판에서 갈륨비소의 에피택셜 성장

응용 분야 다양한 도핑 수준의 레이어 또는 덜 순수한 기판의 순수 필름이 필요한 반도체 장치 구조 다양한 재료의 레이어가 필요하거나 단결정으로 얻을 수 없는 재료의 결정질 필름을 구축해야 하는 반도체 장치 구조

두 가지 유형의 Epi 프로세스

특성 동종에피택시 이종에피택시

성장층 에피택셜 성장층은 기판층과 동일한 재료입니다. 에피택셜 성장층은 기판층과 다른 재료입니다.

결정 구조 및 격자 기판과 에피택셜층의 결정 구조 및 격자 상수는 동일함 기판과 에피택셜층의 결정 구조 및 격자 상수는 다름

실시예 실리콘 기판에서 고순도 실리콘의 에피택셜 성장 실리콘 기판에서 갈륨비소의 에피택셜 성장

응용 분야 서로 다른 도핑 수준의 레이어 또는 덜 순수한 기판의 순수 필름이 필요한 반도체 장치 구조 다양한 재료의 레이어가 필요하거나 단결정으로 얻을 수 없는 재료의 결정질 필름을 만드는 반도체 장치 구조

반도체 제조의 에피택셜 공정에 영향을 미치는 요인

요인 설명

온도 에피택시 속도와 에피택시층 밀도에 영향을 미칩니다. 에피택시 공정에 필요한 온도는 상온보다 높으며 그 값은 에피택시 유형에 따라 다릅니다.

압력 에피택시 속도와 에피택셜 층 밀도에 영향을 미칩니다.

결함 에피택시 결함은 웨이퍼 결함으로 이어집니다. 무결함 에피택시층 성장을 위해서는 에피택시 공정에 필요한 물리적 조건이 유지되어야 합니다.

원하는 위치 에피택시 공정은 결정의 올바른 위치에서 성장해야 합니다. 공정 중 성장이 원하지 않는 부분은 성장을 방지하기 위해 적절하게 코팅되어야 합니다.

셀프 도핑(Self-doping) 에피택시 공정은 고온에서 진행되기 때문에 도펀트 원자가 물질의 변화를 가져올 수 있다.

요인 설명

온도는 에피택시 속도와 에피택셜 층의 밀도에 영향을 미칩니다. 에피택시 공정에 필요한 온도는 상온보다 높으며 그 값은 에피택시 유형에 따라 달라집니다.

압력은 에피택시율과 에피택시층 밀도에 영향을 미칩니다.

결함 에피택시 결함은 웨이퍼 결함으로 이어집니다. 무결점 에피택시층 성장을 위해서는 에피택시 공정에 필요한 물리적 조건이 유지되어야 합니다.

원하는 위치 결정의 올바른 위치에서 에피택시 공정이 성장해야 합니다. 이 과정에서 성장을 원하지 않는 부분은 성장을 방지하기 위해 적절하게 코팅해야 합니다.

셀프 도핑(Self-doping) 에피택시 공정은 고온에서 진행되기 때문에 도펀트 원자가 물질의 변화를 가져올 수 있다.

에피택셜 밀도 및 속도

에피택셜 성장 밀도는 에피택셜 성장층에 있는 물질의 단위 부피당 원자 수입니다. 온도, 압력, 반도체 기판 유형 등의 요인이 에피택셜 성장에 영향을 미칩니다. 일반적으로 에피택셜 층의 밀도는 위의 요인에 따라 달라집니다. 에피택시층이 성장하는 속도를 에피택시율이라고 합니다.

에피택시가 적절한 위치와 방향으로 성장하면 성장률이 높아지고 그 반대도 마찬가지입니다. 에피택셜 층 밀도와 마찬가지로 에피택시 속도도 온도, 압력, 기판 재료 유형과 같은 물리적 요인에 따라 달라집니다.

고온 및 저압에서 에피택셜 속도가 증가합니다. 에피택시 속도는 기판 구조 방향, 반응물의 농도, 사용된 성장 기술에 따라 달라집니다.

에피택시 공정 방법

에피택시 방법에는 여러 가지가 있습니다.액상 에피택시(LPE), 하이브리드 기상 에피택시, 고체상 에피택시,원자층 증착, 화학 기상 증착, 분자선 에피택시등. 두 가지 에피택시 공정인 CVD와 MBE를 비교해 보겠습니다.

화학기상증착(CVD) 분자선 에피택시(MBE)

화학적 공정 물리적 공정

가스 전구체가 성장 챔버 또는 반응기에서 가열된 기판과 만날 때 발생하는 화학 반응을 수반합니다. 증착할 재료는 진공 조건에서 가열됩니다.

필름 성장 공정의 정밀한 제어 성장층의 두께 및 조성의 정밀한 제어

고품질 에피택시층이 필요한 애플리케이션용 매우 미세한 에피택시층이 필요한 애플리케이션용

가장 일반적으로 사용되는 방법 더 비싼 방법

화학적 공정 물리적 공정

가스 전구체가 성장 챔버 또는 반응기에서 가열된 기판을 만날 때 발생하는 화학 반응을 수반합니다. 증착할 재료는 진공 조건에서 가열됩니다.

박막 성장 공정의 정밀 제어 성장층의 두께 및 조성 정밀 제어

고품질 에피택시층이 필요한 용도에 사용 매우 미세한 에피택시층이 필요한 용도에 사용

가장 일반적으로 사용되는 방법 더 비싼 방법

에피택시 공정은 반도체 제조에 매우 중요합니다. 그것은 성능을 최적화합니다

반도체 장치 및 집적 회로. 소자 품질, 특성, 전기적 성능에 영향을 미치는 반도체 소자 제조의 주요 공정 중 하나입니다.