1. الخلفية: لماذا لا تكفي رقائق السيليكون؟
تتمثل الخطوة الأولى في تصنيع أشباه الموصلات في الحصول على رقاقة من السيليكون الكريستالي (عادةً ما تكون رقاقة تشيكورسكي نمت باستخدام طريقة CZ).
ومع ذلك ، على الرغم من أن هذه الرقائق هي بلورات واحدة ، إلا أن أسطحها قد لا تفي بمتطلبات الجهاز الصارمة للنقاء ، وكثافة العيوب ، ودقة المنشطات ، والهيكل.
لا سيما في عقد العملية المتقدمة وأجهزة الأداء العالية - ، مما يؤدي إلى إنشاء مناطق نشطة مباشرة على القيود على الرقاقة الأصلية:
- محتوى الأكسجين العالي في الجزء الأكبر من الرقاقة (سيليكون CZ غالبًا ما يكون له رواسب الأكسجين) ، مما يؤثر على عمر حاملة الأقليات وتسرب.
- لا يمكن تعديل ملف تعريف Defer Doping بدقة (خاصةً عندما تكون هناك حاجة إلى تقاطعات ضحلة أو هياكل التدرج).
- قد توجد عيوب micro - مثل الخلع والخدوش على السطح ، مما يؤثر بشكل مباشر على العائد.
- تتطلب بعض الأجهزة مواد غير متجانسة (مثل sige ، gaas - على - si ، و sic - على - si) - لا يمكن أن تتحقق مع الذروة نفسها.
هذا يستلزم تقنية "إعادة الظهور" التي يمكن التحكم فيها - عملية النمو الفوقي (EPI).
2. التعريف الأساسي لعملية التحصين الموسع
يشير Epitaxy إلى نمو فيلم بلوري واحد - على الركيزة الكريستالية- مع نفس الاتجاه البلوري مثل الركيزة.
يمكن أن يكون هذا إما المثليين (SI على SI) أو غير متجانسة (Sige On Si ، Gan on sic ، إلخ).
الميزات الرئيسية:
الطبقة الفوقية "ترث" بنية شعرية الركيزة (الاتجاه البلوري والمحاذاة) وله كثافة عيب منخفضة.
يمكن السيطرة على السماكة (من عدد قليل من المقاييس النانوية إلى عشرات الميكرون).
يمكن تعديل نوع المنشطات والتركيز والتدرج بدقة وفقًا للتصميم.
3. لماذا استخدام عملية التحصين الموسع؟
يمكن تفسير ذلك من ثلاثة وجهات نظر: الأداء والعملية وإدخال مواد جديدة:
3.1 تحسين الأداء
تقليل كثافة العيب
يمكن أن يزرع برنامج التحصين الموسع "عيب - الطبقة الحرة" التي تعزل عيوب الركيزة عن المنطقة النشطة ، وبالتالي زيادة عمر الناقل الأقليات (مهم بشكل خاص لأجهزة الطاقة). تحسين هياكل المنشطات
يمكن تحقيق الوصلات الضحلة - أو ملفات تعريف المنشطات المتدرجة ، مما يحسن خصائص الجهد والتوصيل.
تحسين الأداء الكهربائي
عالي - يمكن أن تقلل طبقات الطبقة الفوقية (EPI) المقاومة (مناسبة لأجهزة التردد العالية -) ، في حين أن الطبقات الفوقية السميكة يمكن أن تحسن من الجهد الثابت لأجهزة الطاقة.
3.2 قابلية التحكم في العملية
عزل الجهاز
باستخدام طبقة EPI عالية - يمكن أن تحسن العزلة بين الأجهزة وتقليل الحديث المتبادل الطفيلي.
تقليل المزلاج -
في CMOs ، يمكن للطبقة الفوقية قمع هياكل الثايرستور الطفيلية.
سمك مرن
يمكن أن يكون للمنتجات المختلفة سماكة EPI مخصصة على نفس الركيزة (بشكل خاص في تطبيقات الطاقة والتناظرية و RF).
3.3 إدخال مواد جديدة
إجهاد هندسة
يتم تحقيق Sige epitaxy و sic epitaxy و gan epitaxy من خلال برنامج التحصين الموسع.
التكامل غير المتجانس
في السيليكون الضوئي ، MEMS ، وأجهزة الطاقة ، يمكن استخدام EPI لتنمية مواد III - V على السيليكون. تتطلب هياكل Superlattice مثل HBTs و Almic Well Lasers ترسيبًا بالتناوب لطبقات المواد ذات الفجوات المختلفة في النطاق ، مما يستلزم برنامج التحصين الموسع.
4.
| عملية | سمات | التطبيقات |
|---|---|---|
|
SI EPI (تغطية متجانسة) |
عالية - طبقات Si Parity التي تزرع على ركائز SI |
CMOS ، أجهزة الطاقة |
|
Sige epi |
محتوى GE يمكن التحكم فيه ، سلالة - مغلفة |
PMOS تسريع ، سيج HBT |
|
كذا التحصينات الرياضية |
صلابة عالية ، والتوصيل الحراري العالي ، حقل انهيار عالي | إلكترونيات الطاقة (سيليكون كربيد موسفيت) |
|
غان EPI |
خلاف واسع النطاق ، تنقل الإلكترون العالي | التردد العالي - ، High - power rf |
|
GE EPI على SI |
التكامل الإلكتروني الضوئي ، CMOs متوترة | السيليكون الضوئي ، اكتشاف الأشعة تحت الحمراء |
5. التحديات الفنية لعملية التحصين الموسع
عيوب الواجهة: تتطلب الشبكة التي تتطابق بين الطبقة الفوقية والركيزة دقة عالية للغاية ، وإلا سيتم إنشاء خلع.
إدارة الإجهاد: يمكن أن يسبب الإجهاد المفرط أثناء النمو غير المتجانس التزييف أو التكسير.
التحكم الدقيق لوجود المنشطات: يمكن أن يصل نطاق التركيز إلى 10¹ - 10 مربعات ، مع متطلبات دقة بنسبة ± 1 ٪.
توحيد السماكة: يتطلب الرقائق الكبيرة -}<1%.
6. ملخص
ظهرت عملية EPI لأنها يمكن أن "إعادة تشكيل" الرقاقة لإنشاء عيب عالي- ، قابلة للتصميم ، منخفض - ، وطبقة سطح المنشطات التي يمكن التحكم فيها. هذا لا يمتد فقط عمر CMOs السيليكون ، ولكنه يوفر أيضًا مسارًا لتنفيذ مواد جديدة وهياكل أجهزة جديدة.
بدون برنامج التحصين الموسع ، سيكون من الصعب تحقيق أجهزة PMOS عالية الأداء و Power Mosfet و Sige HBT و SIC/GAN.
