Процесс EPI (эпитаксии) является ключевой технологией роста материала в производстве полупроводников .. Эпитаксирует слой высококристаллического кремниевого или кремниевого сплава на однокристаллическом кремниевом материале для обеспечения лучшей материалон для подходящего устройства {{4}. Bicmos, RF Chips и т. Д. .
1. Определение процесса EPI
Эпитаксия (эпитаксиальный рост) относится к росту одних и тех же или различных материалов вдоль направления решетки на кристаллическом субстрате (обычно однокристаллический кремний) с существующей структурой решетки, чтобы сформировать новый однокристаллический материал с той же ориентацией кристаллов, что и подложка..
2. Основная цель процесса EPI
| Цель | Иллюстрировать |
| Улучшенное качество кристалла | Обеспечение высококачественных слоев роста плотности с низкой дефектом |
| Контроль допинга концентрации и типа | Область, которая ниже (низкая легированная) или более легированная, чем субстрат, образуя область дрейфы . |
| Представление деформационной инженерии | Внедрение SIGE или стрессоров в EPI -слое для повышения подвижности носителей (например, напряженного кремния) |
| Обеспечивает слой изоляции устройства | Поддерживает образование слоев вертикального выделения в SOI, BICMO и других структурах |
| Поддерживает структуры устройств высокого напряжения |
Например, LDMOS и IGBT требуют толстого, низкометингового EPI-слоя в качестве области дрейфа для увеличения напряжения разбивки .
|
3. классификация процессов EPI
1. классификация по типу материала
| Тип | Описывать |
| Si Epi | Наиболее распространенный монокристаллический кремниевый эпитаксиальный слой |
| Sige Epi | Кремниевые эпитаксиальные слои германии, легированные Гермами |
| SI: C Epi | Клетно-легированный кремниевым эпитаксиальным слоем для ограничения диффузии бора (PMOS) |
| III-V Epi | GAAS, INP и т. Д. |
2. классификация по типу легирования
| Тип | Описывать |
| N-тип Epi | Phosphorus/Arsenic легированный, подходящий для дрейфа-слоя силовых устройств, таких как N-LDMOS |
| P-Type Epi | Легированный бор, подходящий для структуры устройства CMOS P-типа |
| Внутренний эпи | Очень низкое допинг, близко к внутреннему кремнию, для применения высокого напряжения |
3. классификация структурной формой
| Тип | Иллюстрировать |
| Однослойный Epi | Одиночная толщина/допинговая структура |
| Многослойный Epi | Оратное легирование, например, чередующиеся слои P/N, необходимые для суперъюнкции SJ MOSFET |
| Селективный эпи | Растет только в местных областях пластины (например, источник/дренаж), используемые для Finfet или натянутых конструкций |
4. Обзор потока процесса EPI
Подготовка субстрата:
- полированная кремниевая чистка пластин (чистка RCA);
- удалить исходный слой оксида (обработка газа HF или HCL);
- Сокращение поверхности для чистой Si (100) голой поверхности
Рост кристаллов (эпитаксиальная реакция):
-Использование процесса CVD (химическое осаждение паров);
-Комонная реакция газов:
-Sih₄ (Silane), Sicl₄, Hcl
-Допинг газ: ph₃ (фосфор), b₂h₆ (бор), пепел (мышьяк)
Параметры управления процессом:
-Temperature: 900 градусов ~ 1200 градусов (горячая стенка или реактор холодной стены)
-давление: низкое давление или атмосферное давление;
-Поростка:<1μm/min (strict requirements on thickness/uniformity)
Пост-обработка:
-Тест толщины, однородность, допинг распределение;
-Измерение высоты шага;
-Содерное анализ дефектов (e . g . с использованием оптики/sem/afm/etc для обнаружения дислокации кристалла)
5. сценарии приложений EPI EPI
1. Devices (LDMOS, IGBT, Diode)
Низкий допинг, толстый EPI -слой образует область дрейфа;
Увеличьте напряжение поломки и уменьшить потерю проводимости .
2. finfet/cmos высокопроизводительные устройства
Селективный Sige Epi в источнике/сливе;
Введение деформации, улучшение мобильности и снижение сопротивления .
3. RF устройства (RF CMOS, HBT)
Точно контролируемый слой SIGE EPI образует гетерогенные структуры (такие как SIGE HBT);
Обеспечивает лучшую частотную характеристики и низкие характеристики шума .
6. Проблемы процесса EPI
| Испытание | Иллюстрировать |
| Управление дефектами решетки | Слой EPI должен поддерживать низкую плотность дислокации (e . g . tdd <1E4) |
| Допинг точный контроль | Для достижения <5% вариации, особенно в многослойных структурах |
| Чистота интерфейса | Примеси/окисление раздела могут вызвать несоответствие кристаллов и деградацию электричества |
| Шаг высоты/контроль лестницы | Высокие требования к последующей фотолитографии и плоскостности |
| Расходы | Эпи -оборудование дорогое, медленное и дорогостоящее |
7. отношения между EPI и другими технологиями
| Технология | Связь |
| Сою | EPI можно выращивать на кремниевых слоях для изготовления устройств |
| Finfet | Источник/слив часто использует селективный EPI для введения напряжения |
| Супер Джанкшн | Несколько слоев чередующихся слоев типа P/N EPI образуют структуру MOS высокого напряжения |
| CMOS высокого напряжения | Слой EPI представляет собой область дрейфа высокой напряжения и совместно оптимизирует Ron и BV с захороненным слоем |
Суммировать
| Проект | Содержание |
| Цель | Обеспечение высококачественных монокристаллических структур, контролируемых допингом |
| Способ | Химическое осаждение паров (CVD) Монокристаллическая эпитаксия на платежах |
| Приложение | Устройства высокого напряжения, RF, FINFET, SOI, Power Devices и т. Д. . |
| Испытание | Кристаллические дефекты, точность легирования, поверхностная плоскостность, стоимость |
