Izvor imena "Epitaxial Wafer"
Priprava rezin je sestavljena iz dveh glavnih korakov: priprava substrata in epitaksialni postopek. Substrat je narejen iz polprevodniškega enokristalnega materiala in se običajno obdeluje za proizvodnjo polprevodniških naprav. Lahko se tudi epitaksialno obdela, da se oblikuje epitaksialna rezina. Epitaksija se nanaša na postopek gojenja nove monokristalne plasti na skrbno obdelanem monokristalnem substratu. Novi monokristal je lahko iz istega materiala kot substrat (homogena epitaksija) ali iz drugega materiala (heterogena epitaksija). Ker nova kristalna plast raste v skladu s kristalno orientacijo substrata, se imenuje epitaksialna plast. Rezina z epitaksialno plastjo se imenuje epitaksialna rezina (epitaksialna rezina = epitaksialna plast + substrat). Naprave, izdelane na epitaksialni plasti, se imenujejo "napredna epitaksija", medtem ko se naprave, izdelane na substratu, imenujejo "obratna epitaksija", kjer epitaksialna plast služi le kot podpora.
Homogena in heterogena epitaksija
▪Homogena epitaksija:Epitaksialna plast in substrat sta izdelana iz istega materiala: npr. Si/Si, GaAs/GaAs, GaP/GaP.
▪Heterogena epitaksija:Epitaksialna plast in substrat sta izdelana iz različnih materialov: npr. Si/Al₂O₃, GaS/Si, GaAlAs/GaAs, GaN/SiC itd.
Polirani vaflji
Katere težave rešuje epitaksija?
Samo enokristalni materiali v razsutem stanju ne zadostujejo za izpolnjevanje vse bolj zapletenih zahtev izdelave polprevodniških naprav. Zato je bila konec leta 1959 razvita tehnika rasti tankega monokristalnega materiala, znana kot epitaksija. Toda kako je epitaksialna tehnologija posebej pripomogla k napredku materialov? Za silicij se je razvoj silicijeve epitaksije zgodil v kritičnem času, ko se je izdelava visokofrekvenčnih silicijevih tranzistorjev visoke moči soočala s precejšnjimi težavami. Z vidika načel tranzistorja doseganje visoke frekvence in moči zahteva, da je prebojna napetost kolektorskega območja visoka, zaporedni upor pa nizek, kar pomeni, da mora biti napetost nasičenja majhna. Prvi zahteva visoko upornost v kolektorskem materialu, medtem ko drugi zahteva nizko upornost, kar ustvarja protislovje. Zmanjšanje debeline kolektorskega območja za zmanjšanje serijske upornosti bi naredilo silicijeve rezine pretanke in krhke za obdelavo, znižanje upornosti pa bi bilo v nasprotju s prvo zahtevo. Razvoj epitaksialne tehnologije je to težavo uspešno rešil. Rešitev je bila rast epitaksialne plasti z visoko upornostjo na substratu z nizko upornostjo. Naprava je izdelana na epitaksialni plasti, ki zagotavlja visoko prebojno napetost tranzistorja, medtem ko substrat z nizko upornostjo zmanjša osnovni upor in zniža napetost nasičenja, s čimer se reši protislovje med obema zahtevama.
Poleg tega so epitaksialne tehnologije za sestavljene polprevodnike III-V in II-VI, kot so GaAs, GaN in drugi, vključno s parno in tekočefazno epitaksijo, doživele pomemben napredek. Te tehnologije so postale bistvene za izdelavo številnih mikrovalovnih, optoelektronskih in napajalnih naprav. Zlasti tehnike, kot sta epitaksija z molekularnim snopom (MBE) in kovinsko-organsko kemično naparjevanje (MOCVD), so bile uspešno uporabljene za tanke plasti, supermreže, kvantne vrtine, napete supermreže in tanke epitaksialne plasti v atomskem merilu, kar je postavilo trdne temelje za razvoj novih področij polprevodnikov, kot je "inženiring pasov".
V praktičnih aplikacijah je večina polprevodniških naprav s širokim pasovnim presledkom izdelanih na epitaksialnih slojih, pri čemer se materiali, kot je silicijev karbid (SiC), uporabljajo izključno kot podlage. Zato je nadzor epitaksialne plasti kritičen dejavnik v industriji polprevodnikov s širokopasovno vrzeljo.
Tehnologija epitaksije: sedem ključnih funkcij
1. Epitaksija lahko zraste visoko (ali nizko) upornostno plast na substratu z nizko (ali visoko) upornostjo.
2. Epitaksija omogoča rast epitaksialnih plasti tipa N (ali P) na substratih tipa P (ali N), ki neposredno tvorijo PN spoj brez težav s kompenzacijo, ki nastanejo pri uporabi difuzije za ustvarjanje PN spoja na enokristalnem substratu.
3. V kombinaciji s tehnologijo maske je mogoče izvesti selektivno epitaksialno rast na določenih področjih, kar omogoča izdelavo integriranih vezij in naprav s posebnimi strukturami.
4. Epitaksialna rast omogoča nadzor vrst in koncentracij dopinga z možnostjo doseganja nenadnih ali postopnih sprememb koncentracije.
5. Epitaksija lahko raste heterogene, večplastne, večkomponentne spojine s spremenljivo sestavo, vključno z ultratankimi plastmi.
6. Epitaksialna rast se lahko pojavi pri temperaturah pod tališčem materiala, s hitrostjo rasti, ki jo je mogoče nadzorovati, kar omogoča natančnost debeline plasti na atomski ravni.
7. Epitaksija omogoča rast monokristalnih plasti materialov, ki jih ni mogoče potegniti v kristale, kot so GaN in ternarni/kvaternarni sestavljeni polprevodniki.
Različne epitaksialne plasti in epitaksialni procesi
Če povzamemo, epitaksialne plasti ponujajo lažje nadzorovano in popolno kristalno strukturo kot razsuti substrati, kar je koristno za razvoj naprednih materialov.
Čas objave: 24. december 2024