EPI (Epitaxy) protsess on peamine materjali kasvutehnoloogia pooljuhtide tootmisel . it epitaksies Kiht kvaliteetsest ühekristallilisest räni- või ränililami materjalist ühekristallilise silikooni substraadil, et pakkuda paremat materjali platvormi, mis on kasutatud selleks, et see oleks kasutatud, kas see on kasutatud. Bicmos, RF -kiibid jne .
1. EPI protsessi määratlus
Epitaksia (epitaksiaalne kasv) viitab samade või erinevate materjalide kasvule kristallsubstraadil (tavaliselt ühekristallilise räni), millel on olemasolev võrestruktuur, moodustades uue ühekristallilise materjali kihi sama kristallise orientatsiooniga kui substraadi .
2. EPI protsessi peamine eesmärk
| Eesmärk | Illustreerima |
| Täiustatud kristallide kvaliteet | Kvaliteetsete, madala defektiga tihedusega kasvukihtide pakkumine |
| Dopingi kontsentratsiooni ja tüübi juhtimine | Piirkond, mis on madalam (madala legeeritud) või rohkem legeeritud kui substraadist, moodustades triivipiirkonna . |
| Tutvustades tüvede inseneritööd | Tutvustame EPI kihis SIGE või stressitekitajad kandja liikuvuse parandamiseks (näiteks pingeline räni) |
| Pakub seadme eraldamise kihti | Toetab vertikaalsete isolatsioonikihtide moodustumist SOI, Bicmos ja muudes struktuurides |
| Toetab kõrgepingeseadme struktuure |
Näiteks vajavad LDMOS ja IGBT paksu, madala legeeritud EPI-kihti triivipiirkonnana, et suurendada jaotuspinget .
|
3. epi protsessi klassifikatsioon
1. klassifikatsioon materjali tüübi järgi
| Tüüp | Kirjeldama |
| Si epi | Kõige tavalisem, üksikkristall räni epitaksiaalne kiht |
| Sige epi | Germaaniumi legeeritud räni epitaksiaalsed kihid tüvede inseneri jaoks või RF-seadmed |
| SI: C epi | Süsiniku legeeritud räni epitaksiaalne kiht boori difusiooni piiramiseks (PMOS) |
| Iii-v epi | Gaas, INP jne ., mida kasutatakse peamiselt optoelektroonilistes seadmetes, kiired seadmed (tavaliselt mitte CMOS-i põhiliinis) |
2. klassifikatsioon dopingutüübi abil
| Tüüp | Kirjeldama |
| N-tüüpi epi | Fosfori/arseeni legeeritud, mis sobib toiteseadmete triivikihi jaoks, näiteks n-LDMOS |
| P-tüüpi epi | Boron legeeritud, sobib P-tüüpi CMOS-seadme struktuuri jaoks |
| Sisemine epi | Väga madal doping, sisemise räni lähedal, kõrgepingerakenduste jaoks |
3. klassifikatsioon struktuurvormi järgi
| Tüüp | Illustreerima |
| Ühekihiline EPI | Ühe paksus/dopingustruktuur |
| Mitmekihiline EPI | Astmeline doping, näiteks vahelduvad P/N -kihid, mis on vajalikud SJ MOSFET -i struktuuride jaoks |
| Valikuline EPI | Kasvage ainult vahvli kohalikes piirkondades (näiteks allikas/äravool), mida kasutatakse finFeti või pingega konstruktsioonide jaoks |
4. Ülevaade EPI protsessi voost
Substraadi ettevalmistamine:
- poleeritud räni vahvli puhastamine (RCA puhastamine);
- Eemaldage algne oksiidikiht (HF või HCl gaasi töötlemine);
- pinna vähendamine SI (100) palja pinna puhastamiseks
Kristallide kasv (epitaksiaalne reaktsioon):
-Kasutage CVD (keemiline aurude ladestumine) protsess;
-Sommononi reaktsioongaasid:
-Sih₄ (silaan), Sicl₄, HCl
-Doping Gas: pH₃ (fosfor), b₂h₆ (boor), tuhk (arseen)
Protsessi juhtimisparameetrid:
-Temperatuur: 900 kraadi ~ 1200 kraadi (kuum sein või külma seinareaktor)
-Rõhk: madalrõhk või atmosfäärirõhk;
-Kasvu määr:<1μm/min (strict requirements on thickness/uniformity)
Järeltöötlus:
-Testi paksuse ühtlus, dopingu jaotus;
-Step kõrguse mõõtmine;
-Surpace defekti analüüs (E . g ., kasutades optikat/sem/afm/et kristallide dislokatsiooni tuvastamiseks)
5. tavalised EPI rakenduse stsenaariumid
1. toiteseadmed (LDMOS, IGBT, diood)
Madal doping, paks EPI -kiht moodustab triivipiirkonna;
Suurendage jaotuspinget ja vähendage juhtivuse kadu .
2. finFet/CMOS suure jõudlusega seadmed
Valikuline Sige EPI allikas/kanalisatsioonis;
Tüve tutvustamine, liikuvuse parandamine ja takistuse vähendamine .
3. RF -seadmed (RF CMOS, HBT)
Täpselt kontrollitud SIGE EPI kiht moodustab heterogeensed struktuurid (näiteks SigE HBT);
Pakub paremat sagedusreaktsiooni ja madala müraomadusi .
6. EPI protsessi väljakutsed
| Väljakutse | Illustreerima |
| Võre defektide kontroll | EPI kiht peab säilitama madala nihestustiheduse (e . g . tdd <1e4) |
| Dopingu täppisjuhtimine | Et saavutada <5% variatsioonid, eriti mitmekihiliste struktuuride korral |
| Liidese puhtus | Liidese lisandid/oksüdeerumine võib põhjustada kristallide mittevastavust ja elektrilist lagunemist |
| Sammu kõrgus/treppide kontroll | Järgmistele fotolitograafiale ja tasapinnale kõrged nõuded |
| Maksumus | EPI -seadmed on kallid, aeglased ja kulukad |
7. suhe EPI ja teiste tehnoloogiate vahel
| Tehnoloogia | Suhe |
| Soi | EPI -d saab seadme valmistamiseks kasvatada räni kihtidel |
| FinFet | Allikas/äravool kasutab tüve sisseviimiseks sageli valikulist EPI -d |
| Super ristmik | Mitu kihti vahelduva P/N tüüpi EPI kihtide moodustavad kõrgepinge MOS -i struktuuri |
| Kõrgepinge CMO -d | EPI kiht moodustab kõrgepinge triivipiirkonna ja optimeerib Roni ja BV ühiselt maetud kihiga |
Kokku võtma
| Projekt | Sisu |
| Eesmärk | Pakkudes kvaliteetseid, dopinguga kontrollitud üksikkristallstruktuure |
| Tee | Keemilise aurude sadestumine (CVD) üksikkristalli epitaksia vahvlitel |
| Rakendus | Kõrgepingeseadmed, RF, FinFet, SOI, toiteseadmed jne . |
| Väljakutse | Kristallidefektid, dopingu täpsus, pinna tasasus, kulud |