Proces EPI (Epitaxy) je ključna tehnologija rasti materiala pri proizvodnji polprevodnikov. Epitaksira plast visokokakovostnega enokristalnega silicijevega ali silicijevega zlitin na enokristalnem silicijevem substratu, da zagotovi boljšo materialno platformo za nadaljnjo proizvodnjo naprav. Široko se uporablja v napajalnih napravah, CMO, hitrih napravah, bicmosu, RF čipih itd.
1. Opredelitev procesa EPI
Epitaksija (epitaksialna rast) se nanaša na rast istih ali različnih materialov vzdolž smeri rešetke na kristalnem substratu (ponavadi enokristalni silicij) z obstoječo strukturo rešetke, ki tvori novo enokristalno plast materiala z isto kristalno orientacijo kot podlož.
2. Glavni namen procesa EPI
| Namen | Ilustrirajte |
| Izboljšana kakovost kristala | Zagotavljanje kakovostnih plasti rasti gostote z nizko ločljivostjo |
| Nadzor koncentracije in vrste dopinga | Območje, ki je nižje (nizko dopiran) ali bolj dopiran od substrata, ki tvori območje premika. |
| Uvajanje inženiringa sevov | Uvedba sige ali stresorjev v plasti EPI za izboljšanje mobilnosti nosilcev (na primer napeti silicij) |
| Omogoča izolacijsko plast naprave | Podpira tvorbo navpičnih izolacijskih plasti v SOI, bicmosu in drugih strukturah |
| Podpira strukture visokonapetostnih naprav |
Na primer, LDMOS in IGBT potrebujeta debelo, nizko dopirano EPI plast kot območje premika, da povečata razpadno napetost.
|
3. EPI klasifikacija procesov
1. Klasifikacija glede na vrsto materiala
| Tip | Opišite |
| Si epi | Najpogostejši, enojni kristalni silicijevi epitaksialni sloj |
| Sige epi | Silicijeve epitaksialne plasti za inženiring ali RF naprave |
| SI: C EPI | Epitaksialna plast iz ogljikovega dopiranja, da omeji difuzijo bora (PMOS) |
| III-V EPI | GAAS, INP itd. |
2. Klasifikacija z dopingom
| Tip | Opišite |
| N-Type EPI | Fosfor/arzen dopid, primeren za plast moči naprave, kot je n-ldmos |
| P-tipa Epi | Boran dopiran, primeren za strukturo naprav CMOS tipa P-tipa |
| Intrinsic Epi | Zelo nizka doping, blizu notranjega silicija, za uporabo z visoko napetostjo |
3. Razvrstitev po strukturni obliki
| Tip | Ilustrirajte |
| Enoplastni EPI | Enojna debelina/dopinška struktura |
| Večplastni EPI | Razvrščeno dopingo |
| Selektivni EPI | Rastejo samo v lokalnih območjih rezin (na primer vir/odtok), ki se uporabljajo za finfet ali napete strukture |
4. Pregled pretoka procesa EPI
Priprava substrata:
- polirano čiščenje silicijevih rezin (čiščenje RCA);
- odstranite prvotno oksidno plast (HF ali HCL plin);
- Zmanjšanje površine za čiščenje SI (100) gole površine
Kristalna rast (epitaksialna reakcija):
-Su uporaba CVD (kemična odlaganje hlapov);
-Počasni reakcijski plini:
-SiH₄ (Silane), sicl₄, HCl
-Doping Plin: Ph₃ (fosfor), b₂h₆ (boron), ash₃ (arzen)
Parametri nadzora procesa:
-Temperatura: 900 stopinj ~ 1200 stopinj (vroča stena ali hladna stenska reaktor)
-Presur: nizki tlak ali atmosferski tlak;
-Srečast:<1μm/min (strict requirements on thickness/uniformity)
Post-obdelava:
-Test debeline enotnost, dopinška porazdelitev;
-EDPEP MERITVE višine;
-SURFACE analiza napak (npr. Uporaba optike/SEM/AFM/itd za odkrivanje kristalne dislokacije)
5. Skupni scenariji uporabe EPI
1. Naprave za napajanje (LDMOS, IGBT, dioda)
Nizka doping, debela EPI plast tvori območje nanosa;
Povečajte razčlenjeno napetost in zmanjšajte izgubo prevodnosti.
2. Finfet/cmos visokozmogljive naprave
Selektivni sige EPI v viru/odtoku;
Uvedba seva, izboljšanje mobilnosti in zmanjšanje odpornosti.
3. RF naprave (RF CMOS, HBT)
Natančno nadzorovani sloj Sige EPI tvori heterogene strukture (kot je Sige HBT);
Zagotavlja boljši frekvenčni odziv in nizke značilnosti hrupa.
6. izzivi procesa EPI
| Izziv | Ilustrirajte |
| Nadzor napak pri rešetkah | EPI plast mora vzdrževati nizko gostoto dislokacije (npr. TDD <1E4) |
| Doping Nadzor natančnosti | Da bi dosegli <5% variacije, zlasti v večplastnih strukturah |
| Čistost vmesnika | Nečistoče/oksidacija vmesnika lahko povzroči kristalno neusklajenost in električno razgradnjo |
| Korak višina/nadzor stopnic | Visoke zahteve za naknadno fotolitografijo in ravnost |
| Stroški | EPI oprema je draga, počasna in draga |
7. Razmerje med EPI in drugimi tehnologijami
| Tehnologija | Razmerje |
| Soi | EPI lahko gojite na silicijevih plasteh za izdelavo naprav |
| Finfet | Vir/odtok pogosto uporablja selektivno EPI za uvedbo seva |
| Super Junction | Več slojev izmeničnih plasti EPI tipa P/N tvorijo visoko napetostno strukturo MOS |
| Visokonapetostna CMO | EPI plast predstavlja visokonapetostno območje in skupaj optimizira Ron in BV s zakopanim slojem |
Povzeti
| Projekt | Zadovoljstvo |
| Namen | Zagotavljanje kakovostnih enojnih kristalnih struktur, ki jih nadzira doping |
| Pot | Kemična odlaganje hlapov (CVD) Enojna kristalna epitaksija na rezine |
| Aplikacija | Visokonapetostne naprave, RF, FINFET, SOI, napajalne naprave itd. |
| Izziv | Kristalne napake, natančnost dopinga, površinska ravnina, stroški |
