O que é processo de epitaxia semicondutora?

É ideal para construir circuitos integrados ou dispositivos semicondutores sobre uma camada base cristalina perfeita. OepitaxiaO processo (epi) na fabricação de semicondutores visa depositar uma fina camada monocristalina, geralmente cerca de 0,5 a 20 mícrons, em um substrato monocristalino. O processo epitaxia é uma etapa importante na fabricação de dispositivos semicondutores, especialmente na fabricação de pastilhas de silício.

Processo epitaxia (epi) na fabricação de semicondutores

Visão geral da epitaxia na fabricação de semicondutores

O que é O processo epitaxia (epi) na fabricação de semicondutores permite o crescimento de uma fina camada cristalina em uma determinada orientação no topo de um substrato cristalino.

Objetivo Na fabricação de semicondutores, o objetivo do processo epitaxia é fazer com que os elétrons sejam transportados de forma mais eficiente através do dispositivo. Na construção de dispositivos semicondutores, são incluídas camadas de epitaxia para refinar e uniformizar a estrutura.

Processar oepitaxiaO processo permite o crescimento de camadas epitaxiais de maior pureza em um substrato do mesmo material. Em alguns materiais semicondutores, como transistores bipolares de heterojunção (HBTs) ou transistores de efeito de campo semicondutores de óxido metálico (MOSFETs), o processo epitaxia é usado para fazer crescer uma camada de material diferente do substrato. É o processo de epitaxia que torna possível o crescimento de uma camada dopada de baixa densidade sobre uma camada de material altamente dopado.

Visão geral do processo epitaxia na fabricação de semicondutores

O que é O processo epitaxia (epi) na fabricação de semicondutores permite o crescimento de uma fina camada cristalina em uma determinada orientação no topo de um substrato cristalino.

Objetivo na fabricação de semicondutores, o objetivo do processo epitaxia é tornar os elétrons transportados através do dispositivo de forma mais eficiente. Na construção de dispositivos semicondutores, são incluídas camadas de epitaxia para refinar e uniformizar a estrutura.

O processo epitaxia permite o crescimento de camadas epitaxiais de maior pureza sobre um substrato do mesmo material. Em alguns materiais semicondutores, como transistores bipolares de heterojunção (HBTs) ou transistores de efeito de campo semicondutores de óxido metálico (MOSFETs), o processo epitaxia é usado para fazer crescer uma camada de material diferente do substrato. É o processo de epitaxia que torna possível o crescimento de uma camada dopada de baixa densidade sobre uma camada de material altamente dopado.

Tipos de processos epitaxiais na fabricação de semicondutores

No processo epitaxial, a direção do crescimento é determinada pelo substrato cristalino subjacente. Dependendo da repetição da deposição, pode haver uma ou mais camadas epitaxiais. Os processos epitaxiais podem ser usados ​​para formar finas camadas de material que são iguais ou diferentes em composição química e estrutura do substrato subjacente.

Dois tipos de processos Epi

CaracterísticasHomoepitaxia Heteroepitaxia

Camadas de crescimento A camada de crescimento epitaxial é do mesmo material que a camada de substrato A camada de crescimento epitaxial é um material diferente da camada de substrato

Estrutura cristalina e rede A estrutura cristalina e a constante de rede do substrato e da camada epitaxial são as mesmas A estrutura cristalina e a constante de rede do substrato e da camada epitaxial são diferentes

Exemplos Crescimento epitaxial de silício de alta pureza em substrato de silício Crescimento epitaxial de arsenieto de gálio em substrato de silício

Aplicações Estruturas de dispositivos semicondutores que requerem camadas de diferentes níveis de dopagem ou filmes puros em substratos menos puros Estruturas de dispositivos semicondutores que requerem camadas de materiais diferentes ou construção de filmes cristalinos de materiais que não podem ser obtidos como cristais únicos

Dois tipos de processos epi

Características Homoepitaxia Heteroepitaxia

Camada de crescimento A camada de crescimento epitaxial é do mesmo material que a camada de substrato A camada de crescimento epitaxial é um material diferente da camada de substrato

Estrutura cristalina e rede A estrutura cristalina e a constante de rede do substrato e da camada epitaxial são as mesmas A estrutura cristalina e a constante de rede do substrato e da camada epitaxial são diferentes

Exemplos Crescimento epitaxial de silício de alta pureza em substrato de silício Crescimento epitaxial de arsenieto de gálio em substrato de silício

Aplicações Estruturas de dispositivos semicondutores que requerem camadas de diferentes níveis de dopagem ou filmes puros em substratos menos puros Estruturas de dispositivos semicondutores que requerem camadas de materiais diferentes ou constroem filmes cristalinos de materiais que não podem ser obtidos como cristais únicos

Fatores que afetam os processos epitaxiais na fabricação de semicondutores

Descrição dos fatores

Temperatura Afeta a taxa de epitaxia e a densidade da camada epitaxial. A temperatura necessária para o processo de epitaxia é superior à 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 wafers defeituosos. As condições físicas necessárias para o processo de epitaxia devem ser mantidas para o crescimento da camada epitaxial sem defeitos.

Posição Desejada O processo epitaxia deve crescer na posição correta do cristal. As áreas onde o crescimento não é desejado durante o processo devem ser devidamente revestidas para evitar o crescimento.

Autodopagem Como o processo de epitaxia é realizado em altas temperaturas, os átomos dopantes podem provocar alterações no material.

Descrição do fator

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

A pressão afeta a taxa de epitaxia e a densidade da camada epitaxial.

Defeitos Defeitos na epitaxia levam a wafers defeituosos. As condições físicas necessárias para o processo de epitaxia devem ser mantidas para o crescimento da camada epitaxial sem defeitos.

Local desejado O processo epitaxia deve crescer no local correto do cristal. As áreas onde o crescimento não é desejado durante este processo devem ser devidamente revestidas para evitar o crescimento.

Autodopagem Como o processo de epitaxia é realizado em altas temperaturas, os átomos dopantes podem provocar alterações no material.

Densidade e taxa epitaxial

A densidade de crescimento epitaxial é o número de átomos por unidade de volume de material na camada de crescimento epitaxial. Fatores como temperatura, pressão e tipo de substrato semicondutor afetam o crescimento epitaxial. Geralmente, a densidade da camada epitaxial varia com os fatores acima. A velocidade com que a camada epitaxial cresce é chamada de taxa de epitaxia.

Se a epitaxia for cultivada no local e orientação adequados, a taxa de crescimento será alta e vice-versa. Semelhante à densidade da camada epitaxial, a taxa de epitaxia também depende de fatores físicos como temperatura, pressão e tipo de material do substrato.

A taxa epitaxial aumenta em altas temperaturas e baixas pressões. A taxa de epitaxia também depende da orientação da estrutura do substrato, da concentração dos reagentes e da técnica de crescimento utilizada.

Métodos de Processo Epitaxia

Existem vários métodos de epitaxia:epitaxia em fase líquida (LPE), epitaxia híbrida em fase de vapor, epitaxia em fase sólida,deposição de camada atômica, deposição química de vapor, epitaxia por feixe molecular, etc. Vamos comparar dois processos de epitaxia: CVD e MBE.

Deposição química de vapor (CVD) Epitaxia por feixe molecular (MBE)

Processo químico Processo físico

Envolve uma reação química que ocorre quando um precursor de gás encontra um substrato aquecido em uma câmara de crescimento ou reator O material a ser depositado é aquecido sob condições de vácuo

Controle preciso do processo de crescimento do filme Controle preciso da espessura e composição da camada cultivada

Para aplicações que exigem camadas epitaxiais de alta qualidade Para aplicações que exigem camadas epitaxiais extremamente finas

Método mais comumente usado Método mais caro

Processo químico Processo físico

Envolve uma reação química que ocorre quando um precursor de gás encontra um substrato aquecido em uma câmara de crescimento ou reator O material a ser depositado é aquecido sob condições de vácuo

Controle preciso do processo de crescimento do filme fino Controle preciso da espessura e composição da camada cultivada

Usado em aplicações que exigem camadas epitaxiais de alta qualidade Usado em aplicações que exigem camadas epitaxiais extremamente finas

Método mais comumente usado Método mais caro

O processo epitaxia é fundamental na fabricação de semicondutores; otimiza o desempenho de

dispositivos semicondutores e circuitos integrados. É um dos principais processos na fabricação de dispositivos semicondutores que afeta a qualidade, as características e o desempenho elétrico do dispositivo.