सिलिकॉन (एसआई) एपिटेक्सी तैयारी तकनीक

सिलिकॉन (सी) एपिटेक्सीतैयारी तकनीक

एपिटैक्सियल ग्रोथ क्या है?

एकल क्रिस्टल सामग्री अकेले विभिन्न अर्धचालक उपकरणों के बढ़ते उत्पादन की जरूरतों को पूरा नहीं कर सकती है। 1959 के अंत में, की एक पतली परतएकल क्रिस्टलभौतिक विकास प्रौद्योगिकी - एपिटैक्सियल विकास विकसित किया गया था।

एपिटैक्सियल वृद्धि सामग्री की एक परत विकसित करना है जो एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट पर आवश्यकताओं को पूरा करती है जिसे कुछ शर्तों के तहत काटने, पीसने और पॉलिश करके सावधानीपूर्वक संसाधित किया गया है। चूँकि विकसित एकल उत्पाद परत सब्सट्रेट जाली का विस्तार है, इसलिए विकसित सामग्री परत को एपिटैक्सियल परत कहा जाता है।

एपिटैक्सियल परत के गुणों द्वारा वर्गीकरण

·सजातीय एपिटैक्सी: दएपिटैक्सियल परतसब्सट्रेट सामग्री के समान है, जो सामग्री की स्थिरता बनाए रखता है और उच्च गुणवत्ता वाली उत्पाद संरचना और विद्युत गुणों को प्राप्त करने में मदद करता है।

·विषमांगी एपिटैक्सी: दएपिटैक्सियल परतसब्सट्रेट सामग्री से भिन्न है. एक उपयुक्त सब्सट्रेट का चयन करके, विकास की स्थितियों को अनुकूलित किया जा सकता है और सामग्री की अनुप्रयोग सीमा का विस्तार किया जा सकता है, लेकिन जाली बेमेल और थर्मल विस्तार अंतर द्वारा लाई गई चुनौतियों को दूर करने की आवश्यकता है।

डिवाइस की स्थिति के आधार पर वर्गीकरण

सकारात्मक एपिटैक्सि: क्रिस्टल विकास के दौरान सब्सट्रेट सामग्री पर एक एपिटैक्सियल परत के गठन को संदर्भित करता है, और डिवाइस एपिटैक्सियल परत पर बनाया जाता है।

रिवर्स एपिटेक्सी: पॉजिटिव एपिटेक्सी के विपरीत, डिवाइस सीधे सब्सट्रेट पर निर्मित होता है, जबकि एपिटैक्सियल परत डिवाइस संरचना पर बनती है।

अनुप्रयोग अंतर: सेमीकंडक्टर निर्माण में दोनों का अनुप्रयोग आवश्यक सामग्री गुणों और डिवाइस डिज़ाइन आवश्यकताओं पर निर्भर करता है, और प्रत्येक विभिन्न प्रक्रिया प्रवाह और तकनीकी आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त है।

एपिटैक्सियल ग्रोथ विधि द्वारा वर्गीकरण

· प्रत्यक्ष एपिटेक्सी बढ़ते हुए भौतिक परमाणुओं को पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करने के लिए हीटिंग, इलेक्ट्रॉन बमबारी या बाहरी विद्युत क्षेत्र का उपयोग करने की एक विधि है, और सीधे एपिटैक्सियल विकास को पूरा करने के लिए सब्सट्रेट सतह पर स्थानांतरित और जमा होता है, जैसे वैक्यूम जमाव, स्पटरिंग, उर्ध्वपातन, आदि हालाँकि, इस विधि में उपकरणों की सख्त आवश्यकताएँ हैं। फिल्म की प्रतिरोधकता और मोटाई में खराब पुनरावृत्ति होती है, इसलिए इसका उपयोग सिलिकॉन एपिटैक्सियल उत्पादन में नहीं किया गया है।

· अप्रत्यक्ष एपिटेक्सी सब्सट्रेट सतह पर एपिटैक्सियल परतों को जमा करने और बढ़ने के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग है, जिसे मोटे तौर पर रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) कहा जाता है। हालाँकि, सीवीडी द्वारा विकसित की गई पतली फिल्म जरूरी नहीं कि एक ही उत्पाद हो। इसलिए, कड़ाई से बोलते हुए, केवल सीवीडी जो एक एकल फिल्म को विकसित करती है वह एपीटैक्सियल ग्रोथ है। इस विधि में सरल उपकरण हैं, और एपिटैक्सियल परत के विभिन्न मापदंडों को नियंत्रित करना आसान है और अच्छी पुनरावृत्ति है। वर्तमान में, सिलिकॉन एपिटैक्सियल विकास मुख्य रूप से इस पद्धति का उपयोग करता है।

अन्य श्रेणियाँ

· एपिटैक्सियल सामग्री के परमाणुओं को सब्सट्रेट तक ले जाने की विधि के अनुसार, इसे वैक्यूम एपिटैक्सी, गैस चरण एपिटैक्सी, तरल चरण एपिटैक्सी (एलपीई) आदि में विभाजित किया जा सकता है।

·चरण परिवर्तन प्रक्रिया के अनुसार एपिटेक्सी को विभाजित किया जा सकता हैगैस चरण एपिटेक्सी, तरल चरण एपिटेक्सी, औरठोस चरण एपिटेक्सी.

एपिटैक्सियल प्रक्रिया द्वारा समस्याओं का समाधान

·जब सिलिकॉन एपिटैक्सियल विकास तकनीक शुरू हुई, तो यह वह समय था जब सिलिकॉन उच्च-आवृत्ति और उच्च-शक्ति ट्रांजिस्टर निर्माण में कठिनाइयों का सामना करना पड़ा। ट्रांजिस्टर सिद्धांत के दृष्टिकोण से, उच्च आवृत्ति और उच्च शक्ति प्राप्त करने के लिए, कलेक्टर ब्रेकडाउन वोल्टेज उच्च होना चाहिए और श्रृंखला प्रतिरोध छोटा होना चाहिए, यानी संतृप्ति वोल्टेज ड्रॉप छोटा होना चाहिए। पहले के लिए आवश्यक है कि संग्राहक क्षेत्र की सामग्री की प्रतिरोधकता अधिक हो, जबकि दूसरे के लिए आवश्यक है कि संग्राहक क्षेत्र की सामग्री की प्रतिरोधकता कम हो, और दोनों विरोधाभासी हैं। यदि कलेक्टर क्षेत्र सामग्री की मोटाई को पतला करके श्रृंखला प्रतिरोध कम कर दिया जाता है, तो सिलिकॉन वेफर संसाधित होने के लिए बहुत पतला और नाजुक होगा। यदि सामग्री की प्रतिरोधकता कम हो जाती है, तो यह पहली आवश्यकता के विपरीत होगी। एपिटैक्सियल तकनीक ने इस कठिनाई को सफलतापूर्वक हल कर दिया है।

समाधान:

·अत्यंत कम प्रतिरोधकता वाले सब्सट्रेट पर एक उच्च-प्रतिरोधक एपिटैक्सियल परत विकसित करें, और एपिटैक्सियल परत पर डिवाइस का निर्माण करें। उच्च-प्रतिरोधकता एपिटैक्सियल परत यह सुनिश्चित करती है कि ट्यूब में उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज है, जबकि कम-प्रतिरोधकता सब्सट्रेट सब्सट्रेट के प्रतिरोध और संतृप्ति वोल्टेज ड्रॉप को कम करता है, इस प्रकार दोनों के बीच विरोधाभास को हल करता है।

इसके अलावा, एपीटैक्सियल प्रौद्योगिकियां जैसे वाष्प चरण एपिटैक्सी, तरल चरण एपिटैक्सी, आणविक बीम एपिटैक्सी, और 1-वी परिवार, 1-वी परिवार के धातु कार्बनिक यौगिक वाष्प चरण एपिटैक्सी, और अन्य यौगिक अर्धचालक सामग्री जैसे GaAs भी काफी विकसित किए गए हैं। और अधिकांश माइक्रोवेव के निर्माण के लिए अपरिहार्य प्रक्रिया प्रौद्योगिकियां बन गई हैंऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण.

विशेष रूप से, आणविक किरण का सफल अनुप्रयोग औरधातु कार्बनिक वाष्पअति-पतली परतों, सुपरलैटिस, क्वांटम कुओं, तनावग्रस्त सुपरलैटिस और परमाणु-स्तर की पतली परत एपिटैक्सी में चरण एपिटैक्सी ने अर्धचालक अनुसंधान, "बैंड इंजीनियरिंग" के एक नए क्षेत्र के विकास की नींव रखी है।

एपीटैक्सियल वृद्धि के लक्षण

(1) उच्च (निम्न) प्रतिरोध एपिटैक्सियल परतों को कम (उच्च) प्रतिरोध सब्सट्रेट्स पर एपिटैक्सियल रूप से उगाया जा सकता है।

(2) एन(पी) एपिटैक्सियल परतों को सीधे पीएन जंक्शन बनाने के लिए पी(एन) सबस्ट्रेट्स पर उगाया जा सकता है। प्रसार द्वारा एकल सबस्ट्रेट्स पर पीएन जंक्शन बनाते समय मुआवजे की कोई समस्या नहीं है।

(3) मास्क प्रौद्योगिकी के साथ मिलकर, निर्दिष्ट क्षेत्रों में चयनात्मक एपिटैक्सियल विकास किया जा सकता है, जिससे विशेष संरचनाओं वाले एकीकृत सर्किट और उपकरणों के उत्पादन के लिए स्थितियां बन सकती हैं।

(4) एपीटैक्सियल वृद्धि के दौरान डोपिंग के प्रकार और एकाग्रता को आवश्यकतानुसार बदला जा सकता है। एकाग्रता में परिवर्तन अचानक या धीरे-धीरे हो सकता है।

(5) परिवर्तनशील घटकों वाले विषमांगी, बहुस्तरीय, बहुघटक यौगिकों की अति पतली परतें उगाई जा सकती हैं।

(6) एपिटैक्सियल वृद्धि सामग्री के पिघलने बिंदु से नीचे के तापमान पर की जा सकती है। विकास दर नियंत्रणीय है, और परमाणु-पैमाने की मोटाई की एपीटैक्सियल वृद्धि हासिल की जा सकती है।

एपीटैक्सियल वृद्धि के लिए आवश्यकताएँ

(1) सतह समतल और चमकदार होनी चाहिए, जिसमें चमकीले धब्बे, गड्ढे, कोहरे के धब्बे और फिसलन रेखाएं जैसे सतह दोष नहीं होने चाहिए।

(2) अच्छी क्रिस्टल अखंडता, कम अव्यवस्था और स्टैकिंग दोष घनत्व। के लिएसिलिकॉन एपिटैक्सी, अव्यवस्था घनत्व 1000/सेमी2 से कम होना चाहिए, स्टैकिंग दोष घनत्व 10/सेमी2 से कम होना चाहिए, और सतह क्रोमिक एसिड नक़्क़ाशी समाधान द्वारा संक्षारित होने के बाद उज्ज्वल रहना चाहिए।

(3) एपिटैक्सियल परत की पृष्ठभूमि अशुद्धता सांद्रता कम होनी चाहिए और कम मुआवजे की आवश्यकता होनी चाहिए। कच्चे माल की शुद्धता अधिक होनी चाहिए, सिस्टम को अच्छी तरह से सील किया जाना चाहिए, पर्यावरण साफ होना चाहिए, और एपिटैक्सियल परत में विदेशी अशुद्धियों के समावेश से बचने के लिए ऑपरेशन सख्त होना चाहिए।

(4) विषम एपिटैक्सिअल के लिए, एपिटैक्सियल परत और सब्सट्रेट की संरचना अचानक बदलनी चाहिए (धीमी संरचना परिवर्तन की आवश्यकता को छोड़कर) और एपिटैक्सियल परत और सब्सट्रेट के बीच संरचना का पारस्परिक प्रसार कम से कम होना चाहिए।

(5) डोपिंग एकाग्रता को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए और समान रूप से वितरित किया जाना चाहिए ताकि एपिटैक्सियल परत में एक समान प्रतिरोधकता हो जो आवश्यकताओं को पूरा करती हो। की प्रतिरोधकता आवश्यक हैएपिटैक्सियल वेफर्सएक ही भट्टी में अलग-अलग भट्टियों में उगाए गए अनाज में एकरूपता होनी चाहिए।

(6) एपिटैक्सियल परत की मोटाई अच्छी एकरूपता और दोहराव के साथ आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए।

(7) दबी हुई परत वाले सब्सट्रेट पर एपीटैक्सियल वृद्धि के बाद, दबी हुई परत पैटर्न विरूपण बहुत छोटा होता है।

(8) उपकरणों के बड़े पैमाने पर उत्पादन को सुविधाजनक बनाने और लागत को कम करने के लिए एपिटैक्सियल वेफर का व्यास जितना संभव हो उतना बड़ा होना चाहिए।

(9) की तापीय स्थिरतायौगिक अर्धचालक एपिटैक्सियल परतेंऔर हेटेरोजंक्शन एपिटेक्सी अच्छा है।