EPI (Epitaxy) -prosessi on keskeinen materiaalin kasvutekniikka puolijohteiden valmistuksessa. Se kuvaa kerrosta korkealaatuista yksikiteistä pii- tai piiseosmateriaalia yksikristallissa piitastraatilla paremman materiaalin alustan tarjoamiseksi seuraavaa laitteen valmistusta varten. Sitä käytetään laajasti voimalaitteissa, CMO: issa, nopeassa laitteessa, bicmosissa, RF-siruissa jne.
1. EPI -prosessin määritelmä
Epitaksi (epitaksiaalinen kasvu) viittaa samojen tai erilaisten materiaalien kasvuun hilan suuntaan kidesubstraatilla (yleensä yksikiteinen pii) olemassa olevalla hilarakenteella uuden yksikiteisen materiaalikerroksen muodostamiseksi, jolla on sama kidesuuntainen kuin substraatti.
2. EPI -prosessin päätarkoitus
| Tarkoitus | Havainnollistaa |
| Parannettu kristallilaatu | Tarjolla korkealaatuisia, vähäpätöisiä tiheyden kasvukerroksia |
| Dopingpitoisuuden ja tyypin hallinta | Alue, joka on alhaisempi (matala seostettu) tai enemmän seostettua kuin substraatti, muodostaen ajoalueen. |
| Esittely kannantekniikka | SIGE: n tai stressitekijöiden esittely EPI -kerroksessa kantoaalton liikkuvuuden parantamiseksi (kuten kireä pii) |
| Tarjoaa laitteen eristyskerroksen | Tukee pystysuuntaisten eristyskerrosten muodostumista SOI-, bicmos- ja muissa rakenteissa |
| Tukee korkeajännitelaitteen rakenteita |
Esimerkiksi LDMO: t ja IGBT vaativat paksun, matalan seostetun EPI-kerroksen ajoalueena hajoamisjännitteen lisäämiseksi.
|
3. EPI -prosessin luokittelu
1. Luokittelu materiaalityypin mukaan
| Tyyppi | Kuvata |
| Si epi | Yleisin, yksikiteinen pii -epitaksiaalikerros |
| Sige epi | Germanium-seostetut piitaksialikerrokset venymä- tai RF-laitteisiin |
| SI: C Epi | Hiilosoitettu piitaksinen kerros booridiffuusion (PMOS) rajoittamiseksi (PMOS) |
| III-V Epi | GAAS, INP jne. |
2. luokitus dopingtyypin avulla
| Tyyppi | Kuvata |
| N-tyyppinen EPI | Fosfori/arseeni seostettu, sopii voimalaitteiden, kuten N-LDMOS: n, ajokerrokseen |
| P-tyyppinen EPI | Boorin seostettu, sopii P-tyypin CMOS-laitteen rakenteeseen |
| Luontainen EPI | Erittäin matala doping, lähellä sisäistä piitä, korkeajännitesovelluksiin |
3. Luokittelu rakennemuodolla
| Tyyppi | Havainnollistaa |
| Yksikerroksinen Epi | Yksipaksuus/dopingrakenne |
| Monikerroksinen Epi | Luokiteltu doping, kuten vuorottelevat P/N -kerrokset, joita tarvitaan superjunktioon SJ MOSFET -rakenteisiin |
| Valikoiva epi | Kasvaa vain kiekon paikallisilla alueilla (kuten lähde/viemäri), jota käytetään Finfet- tai kireisiin rakenteisiin |
4. Yleiskatsaus EPI -prosessin virtauksesta
Substraatin valmistelu:
- kiillotettu piikiekkopuhdistus (RCA -puhdistus);
- Poista alkuperäinen oksidikerros (HF- tai HCL -kaasukäsittely);
- Pinnan vähentäminen puhdistamaan Si (100) paljain pintaan
Kristallin kasvu (epitaksiaalinen reaktio):
-Käytä CVD (kemiallinen höyryn laskeuma) prosessi;
-KOMMON REAKTIKASTI:
-Sih₄ (silaani), sicl₄, hcl
-Doping Kaasu: Ph₃ (fosfori), b₂h₆ (boori), tuhka (arseeni)
Prosessinhallintaparametrit:
-Temperature: 900 astetta ~ 1200 astetta (kuuma seinä tai kylmä seinäreaktori)
-Paine: matala paine tai ilmakehän paine;
-Kasvunopeus:<1μm/min (strict requirements on thickness/uniformity)
Jälkikäsittely:
-Testin paksuuden yhtenäisyys, dopingjakauma;
-Vaihe korkeuden mittaus;
-Surface -vika -analyysi (esim. Optiikka/SEM/AFM/ETC kideslokaation havaitsemiseksi)
5. Yleiset EPI -sovellusskenaariot
1. Teholaitteet (LDMOS, IGBT, diodi)
Matala doping, paksu EPI -kerros muodostaa ajoalueen;
Lisää hajoamisjännitettä ja vähentää johtamishäviötä.
14. FinFET/CMOS-suorituskykyiset laitteet
Selektiivinen SIGE EPI lähteessä/viemärissä;
Kannan tuottaminen, liikkuvuuden parantaminen ja resistenssin vähentäminen.
3. RF -laitteet (RF CMOS, HBT)
Tarkasti kontrolloitu SIGE EPI -kerros muodostaa heterogeenisiä rakenteita (kuten SIGE HBT);
Tarjoaa paremman taajuusvasteen ja alhaiset meluominaisuudet.
6. EPI -prosessin haasteet
| Haaste | Havainnollistaa |
| Hilanhallinta | EPI -kerroksen on ylläpidettävä matalaa dislokaatiotiheyttä (esim. TDD <1E4) |
| Doping tarkkuusohjaus | Saavuttaa <5%: n variaatio, etenkin monikerroksisissa rakenteissa |
| Rajapinnan puhtaus | Rajapinnan epäpuhtaudet/hapettuminen voivat aiheuttaa kiteiden epäsuhta ja sähköinen hajoaminen |
| Askelkorkeus/portaiden hallinta | Suuret vaatimukset myöhemmälle fotolitografialle ja tasaisuudelle |
| Maksaa | EPI -laitteet ovat kalliita, hitaita ja kalliita |
7. EPI: n ja muun tekniikan välinen suhde
| Tekniikka | Suhde |
| Soi | EPI voidaan kasvattaa piikerroksilla laitteen valmistukseen |
| Finfet | Lähde/viemäri käyttää usein selektiivistä EPI: tä kantavan lisäämiseen |
| Superyhteys | Useita vuorottelevia P/N -tyyppisiä EPI -kerroksia koskevia kerroksia muodostavat korkeajännitteen MOS -rakenteen |
| Korkeajännite CMO: t | EPI-kerros muodostaa korkeajännitteisen ajoalueen ja optimoi yhdessä Ronin ja BV: n haudatulla kerroksella |
Tehdä yhteenveto
| Projekti | Sisältö |
| Tarkoitus | Tarjolla korkealaatuisia, doping-ohjattuja yksittäisiä kiderakenteita |
| Tapa | Kemiallisen höyryn laskeuma (CVD) yksikiteinen epitaksi kiekkoissa |
| Soveltaminen | Korkeajännitekannat, RF, Finfet, SOI, Power Devices jne. |
| Haaste | Kristallivirheet, doping -tarkkuus, pinnan tasaisuus, kustannukset |
