Qual é o processo epitaxial?

Visão geral dos processos epitaxiais

O termo "epitaxia" deriva das palavras gregas "epi", que significa "sobre" e "táxis", que significa "ordenados", indicando a natureza ordenada do crescimento cristalino. A epitaxia é um processo crucial na fabricação de semicondutores, referindo -se ao crescimento de uma fina camada cristalina em um substrato cristalino. O processo de epitaxia (EPI) na fabricação de semicondutores visa depositar uma camada fina de cristal único, geralmente em torno de 0,5 a 20 mícrons, em um único substrato de cristal. O processo EPI é uma etapa significativa na fabricação de dispositivos semicondutores, especialmente emWafer de silíciofabricação.

A epitaxia permite a deposição de filmes finos que são altamente ordenados e podem ser adaptados para propriedades eletrônicas específicas. Esse processo é essencial para a criação de dispositivos semicondutores de alta qualidade, como diodos, transistores e circuitos integrados.

Tipos de epitaxia

No processo de epitaxia, a orientação do crescimento é determinada pelo cristal da base subjacente.  Pode haver uma ou muitas camadas de epitaxia, dependendo da repetição do depoimento. O processo de epitaxia pode ser empregado para formar uma fina camada de material que pode ser igual ou diferente do substrato subjacente em termos de composição e estrutura química. A epitaxia pode ser classificada em duas categorias principais com base na relação entre o substrato e a camada epitaxial:HomoepitaxiaeHeteroepitaxia.

Em seguida, analisaremos as diferenças entre homoepitaxia e heteroepitaxia de quatro dimensões: camada adulta, estrutura de cristal e rede, exemplo e aplicação:

● Homoepitaxia: Isso ocorre quando a camada epitaxial é feita do mesmo material que o substrato.

✔ Camada crescida: A camada aditaxialmente cultivada é do mesmo material que a camada do substrato.

✔ Estrutura de cristal e treliça: A estrutura cristalina e a constante da rede do substrato e da camada epitaxial são as mesmas.

✔ Exemplo: Crescimento epitaxial de silício altamente puro sobre silício do substrato.

✔ Aplicação: Construção de dispositivos semicondutores, onde são necessárias camadas de diferentes níveis de doping ou filmes puros em substratos que são menos puros.

● Heteroepitaxy: Isso envolve diferentes materiais utilizados para a camada e substrato, como o cultivo de arseneto de gálio de alumínio (algas) no arseneto de gálio (GAAs). A heteroepitaxia bem -sucedida requer estruturas cristalinas semelhantes entre os dois materiais para minimizar defeitos.

✔ Camada crescida: A camada aditaxialmente cultivada é de um material diferente da camada do substrato.

✔ Estrutura de cristal e treliça: A estrutura cristalina e a constante da rede do substrato e da camada epitaxial são diferentes.

✔ Exemplo: Arseneto de gálio em crescimento epitaxial em um substrato de silício.

✔ Aplicação: Construção de dispositivos semicondutores, onde são necessárias camadas de diferentes materiais ou para construir um filme cristalino de um material que não esteja disponível como um único cristal.

Fatores que influenciam o processo EPI na fabricação de semicondutores:

✔ Temperatura: Afeta a taxa de epitaxia e a densidade da camada epitaxial. A temperatura necessária para o processo de epitaxia é maior que a temperatura ambiente e o valor depende do tipo de epitaxia.

✔ Pressão: Afeta a taxa de epitaxia e a densidade da camada epitaxial.

✔ Defeitos: Defeitos na epitaxia levam a bolachas defeituosas. As condições físicas necessárias para o processo EPI devem ser mantidas para o crescimento da camada epitaxial não defeituosa.

✔ Posição desejada: O crescimento epitaxial deve estar nas posições corretas no cristal. As regiões que devem ser excluídas do processo epitaxial devem ser filmadas adequadamente para evitar o crescimento.

✔ AutoDODOPING: Como o processo de epitaxia é realizado em altas temperaturas, os átomos dopantes podem ser capazes de trazer variações no material.

Técnicas de crescimento epitaxial

Existem vários métodos para realizar o processo de epitaxia: epitaxia da fase líquida, epitaxia de fase de vapor híbrido, epitaxia de fase sólida, deposição de camada de átomos, deposição de vapor químico, epitaxia de feixe molecular, etc. Vamos comparar os dois processos de epitaxia: CVD e MBE.

Modos de crescimento epitaxial

Modos de crescimento da epitaxia: O crescimento epitaxial pode ocorrer através de diferentes modos, que afetam como as camadas se formam:

✔ (a) Volmer-Weber (VW): Caracterizado pelo crescimento tridimensional da ilha, onde ocorre a nucleação antes da formação contínua de filmes.

✔ (b)Frank-Van der Merwe (FM): Envolve crescimento de camada por camada, promovendo a espessura uniforme.

✔ (C) Os krastans laterais (SK): Uma combinação de VW e FM, começando com o crescimento da camada que passa para a formação da ilha após a atingida uma espessura crítica.

A importância do crescimento da epitaxia na fabricação de semicondutores

A epitaxia é vital para melhorar as propriedades elétricas das bolachas de semicondutores. A capacidade de controlar os perfis de doping e obter características específicas do material torna a epitaxia indispensável na eletrônica moderna.

Além disso, os processos epitaxiais são cada vez mais significativos no desenvolvimento de sensores de alto desempenho e eletrônica de energia, refletindo avanços em andamento na tecnologia de semicondutores. A precisão necessária no controle de parâmetros comotemperatura, pressão e vazão de gásDurante o crescimento epitaxial, é fundamental para alcançar camadas cristalinas de alta qualidade com defeitos mínimos.