실리콘(Si) 에피택시 준비 기술

실리콘(Si) 에피택시준비 기술

에피택셜 성장이란 무엇입니까?

·단결정 재료만으로는 다양한 반도체 장치의 생산 증가 요구를 충족할 수 없습니다. 1959년 말에 얇은 층의단결정물질 성장 기술 - 에피택셜 성장이 개발되었습니다.

에피택셜 성장은 특정 조건에서 절단, 연삭, 연마를 통해 신중하게 처리된 단결정 기판에 요구 사항을 충족하는 재료 층을 성장시키는 것입니다. 성장된 단일 제품 층은 기판 격자의 확장이므로 성장된 물질 층을 에피택셜 층이라고 합니다.

에피택셜층의 특성에 따른 분류

·균질한 에피택시:에피택셜층기판 재료와 동일하여 재료의 일관성을 유지하고 고품질의 제품 구조 및 전기적 특성을 달성하는 데 도움이 됩니다.

·이종 에피택시:에피택셜층기판 재질이 다릅니다. 적합한 기판을 선택하면 성장 조건을 최적화하고 재료의 적용 범위를 확장할 수 있지만 격자 불일치와 열팽창 차이로 인한 문제를 극복해야 합니다.

장치 위치별 분류

포지티브 에피택시(Positive Epitaxy): 결정 성장 중에 기판 재료에 에피택셜 층을 형성하는 것을 말하며, 장치는 에피택셜 층에서 만들어집니다.

역 에피택시: 포지티브 에피택시와 달리 장치는 기판에서 직접 제조되고 에피택셜 층은 장치 구조에 형성됩니다.

적용 차이점: 반도체 제조에서 두 가지의 적용은 필요한 재료 특성과 장치 설계 요구 사항에 따라 다르며 각각은 서로 다른 프로세스 흐름과 기술 요구 사항에 적합합니다.

에피택셜 성장 방식에 따른 분류

· 직접 에피택시(Direct Epitaxy)는 가열, 전자 충격 또는 외부 전기장을 이용하여 성장하는 물질 원자가 충분한 에너지를 얻도록 하고, 기판 표면에 직접 이동 및 증착하여 진공 증착, 스퍼터링, 승화 등 에피택셜 성장을 완료하는 방법입니다. 그러나 이 방법은 장비에 대한 엄격한 요구 사항을 가지고 있습니다. 필름의 저항률과 두께는 반복성이 좋지 않아 실리콘 에피택셜 생산에는 사용되지 않았습니다.

· 간접 에피택시는 화학 반응을 사용하여 기판 표면에 에피택셜 층을 증착하고 성장시키는 것으로, 넓게는 화학 기상 증착(CVD)이라고 합니다. 그러나 CVD로 성장한 박막이 반드시 단일 제품은 아니다. 따라서 엄밀히 말하면 단일막을 성장시키는 CVD만이 에피택셜 성장이다. 이 방법은 장비가 간단하고 에피택셜 층의 다양한 매개변수를 제어하기가 더 쉽고 반복성이 좋습니다. 현재 실리콘 에피택시 성장에서는 이 방법을 주로 사용하고 있다.

기타 카테고리

·에피택시 물질의 원자를 기판으로 이동시키는 방식에 따라 진공 에피택시, 기상 에피택시, 액상 에피택시(LPE) 등으로 구분할 수 있다.

·상변화 과정에 따라 에피택시는 다음과 같이 나눌 수 있다.가스상 에피택시, 액상 에피택시, 그리고고체상 에피택시.

에피택셜 공정으로 해결된 문제

·실리콘 에피택셜 성장 기술이 시작된 시기는 실리콘 고주파 및 고전력 트랜지스터 제조에 어려움을 겪던 시기였습니다. 트랜지스터 원리의 관점에서 고주파, 고전력을 얻으려면 콜렉터 항복 전압이 높아야 하고 직렬 저항이 작아야 합니다. 즉, 포화 전압 강하가 작아야 합니다. 전자는 컬렉터 영역 재료의 저항률이 높아야 하고, 후자는 컬렉터 영역 재료의 저항률이 낮아야 하며, 둘은 모순됩니다. 컬렉터 영역 재료의 두께를 얇게 하여 직렬 저항을 줄이면 실리콘 웨이퍼가 너무 얇고 부서지기 쉬워 처리할 수 없게 됩니다. 재료의 저항률이 감소하면 첫 번째 요구 사항과 모순됩니다. 에피택셜 기술은 이러한 어려움을 성공적으로 해결했습니다.

해결책:

·비저항이 극히 낮은 기판 위에 고저항 에피층을 성장시키고, 에피층 위에 소자를 제작한다. 고저항 에피택셜 층은 튜브의 높은 항복 전압을 보장하는 반면, 저저항 기판은 기판의 저항과 포화 전압 강하를 줄여 둘 사이의 모순을 해결합니다.

또한 1-V 계열, 1-V 계열 및 GaAs 등 기타 화합물 반도체 소재의 기상 에피택시, 액상 에피택시, 분자선 에피택시, 금속 유기화합물 기상 에피택시 등의 에피택시 기술도 크게 발전했다. 대부분의 전자레인지 및 전자레인지 제조에 필수적인 공정 기술이 되었습니다.광전자 장치.

특히, 분자빔의 성공적인 적용과금속 유기 증기초박층, 초격자, 양자 우물, 변형된 초격자 및 원자 수준의 박층 에피택시에서의 위상 에피택시는 반도체 연구의 새로운 분야인 "밴드 공학" 개발의 토대를 마련했습니다.

에피택셜 성장의 특성

(1) 고(저) 저항 에피택셜 층은 저(고) 저항 기판 위에 에피택셜 성장될 수 있습니다.

(2) N(P) 에피택셜 층은 P(N) 기판 위에 성장하여 PN 접합을 직접 형성할 수 있습니다. 확산을 통해 단일 기판에 PN 접합을 만들 때 보상 문제가 없습니다.

(3) 마스크 기술과 결합하여 지정된 영역에서 선택적 에피택셜 성장을 수행할 수 있어 특수 구조의 집적 회로 및 장치를 생산하기 위한 조건을 만들 수 있습니다.

(4) 에피택셜 성장 과정에서 필요에 따라 도핑의 종류와 농도를 변경할 수 있다. 농도 변화는 급격하거나 점진적일 수 있습니다.

(5) 다양한 성분을 갖는 이종, 다층, 다성분 화합물의 초박층 성장이 가능합니다.

(6) 에피택셜 성장은 재료의 녹는점 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 성장 속도를 제어할 수 있으며 원자 규모 두께의 에피택시 성장이 가능합니다.

에피택시 성장 요구 사항

(1) 표면은 평탄하고 밝아야 하며, 백점, 패임, 안개얼룩, 미끄럼선 등의 표면 결함이 없어야 한다.

(2) 우수한 결정 무결성, 낮은 전위 및 적층 결함 밀도. 을 위한실리콘 에피택시, 전위 밀도는 1000/cm2 미만이어야 하고, 적층 결함 밀도는 10/cm2 미만이어야 하며, 크롬산 에칭 용액에 의해 부식된 후에도 표면이 밝게 유지되어야 합니다.

(3) 에피택셜층의 배경 불순물 농도가 낮아야 하고 보상이 덜 필요해야 한다. 원료 순도가 높아야 하고, 시스템이 잘 밀봉되어야 하며, 환경이 깨끗해야 하고, 작동이 엄격해야 에피택셜 층에 외부 불순물이 혼입되는 것을 방지할 수 있습니다.

(4) 이종 에피택시의 경우, 에피택셜 층과 기판의 조성은 갑자기 변해야 하며(느린 조성 변화 요구 사항 제외), 에피택셜 층과 기판 사이의 조성의 상호 확산은 최소화되어야 한다.

(5) 에피택셜층이 요구사항을 충족하는 균일한 저항률을 갖도록 도핑 농도를 엄격하게 제어하고 고르게 분포시켜야 합니다. 저항력이 필요합니다.에피택셜 웨이퍼동일한 용광로의 다른 용광로에서 재배된 것은 일관되어야 합니다.

(6) 에피택셜 층의 두께는 요구 사항을 충족해야 하며 균일성과 반복성이 좋아야 합니다.

(7) 매립층이 있는 기판에 에피택셜 성장한 후 매립층 패턴 왜곡이 매우 작다.

(8) 에피택셜 웨이퍼의 직경은 디바이스의 대량 생산을 용이하게 하고 비용을 절감하기 위해 가능한 한 커야 한다.

(9) 열적 안정성화합물 반도체 에피택셜 층이종접합 에피택시는 좋습니다.