Yarı iletken epitaksi süreci nedir?

Mükemmel bir kristal taban tabakası üzerinde entegre devreler veya yarı iletken cihazlar oluşturmak için idealdir. .epitaksiYarı iletken üretimindeki (epi) işlemi, tek kristalli bir alt tabaka üzerinde genellikle yaklaşık 0,5 ila 20 mikron kadar ince tek kristalli bir katman biriktirmeyi amaçlar. Epitaksi işlemi, özellikle silikon levha imalatında yarı iletken cihazların üretiminde önemli bir adımdır.

Yarıiletken üretiminde epitaksi (EPI) işlemi

Yarıiletken üretiminde epitaksiye genel bakış
Nedir	Yarı iletken üretimindeki epitaksi (epi) işlemi, kristalli bir substratın üzerinde belirli bir yönde ince bir kristalli katmanın büyümesine izin verir.
Amaç	Yarı iletken üretiminde epitaksi işleminin amacı, elektronların cihaz içerisinde daha verimli bir şekilde taşınmasını sağlamaktır. Yarı iletken cihazların yapımında, yapıyı iyileştirmek ve tekdüze hale getirmek için epitaksi katmanları dahil edilir.
İşlem	Epitaksi işlemi, aynı malzemeden yapılmış bir substrat üzerinde daha yüksek saflıkta epitaksiyel katmanların büyümesine izin verir. Heteroeklemli bipolar transistörler (HBT'ler) veya metal oksit yarı iletken alan etkili transistörler (MOSFET'ler) gibi bazı yarı iletken malzemelerde, epitaksi işlemi, alt tabakadan farklı bir malzeme katmanını büyütmek için kullanılır. Yüksek katkılı malzeme tabakası üzerinde düşük yoğunluklu katkılı bir tabakanın büyütülmesini mümkün kılan epitaksi işlemidir.

Yarıiletken üretiminde epitaksiye genel bakış

Nedir? Yarı iletken üretimindeki epitaksi (epi) işlemi, kristalli bir alt tabakanın üzerinde belirli bir yönde ince bir kristalli katmanın büyümesine olanak tanır.

Amaç Yarı iletken üretiminde epitaksi işleminin amacı, elektronların cihaz içerisinde daha verimli bir şekilde taşınmasını sağlamaktır. Yarı iletken cihazların yapımında, yapıyı iyileştirmek ve tekdüze hale getirmek için epitaksi katmanları dahil edilir.

İşlemeepitaksiişlem, aynı malzemeden yapılmış bir substrat üzerinde daha yüksek saflıkta epitaksiyel katmanların büyümesine izin verir. Heteroeklemli bipolar transistörler (HBT'ler) veya metal oksit yarı iletken alan etkili transistörler (MOSFET'ler) gibi bazı yarı iletken malzemelerde, epitaksi işlemi, alt tabakadan farklı bir malzeme katmanını büyütmek için kullanılır. Yüksek katkılı malzeme tabakası üzerinde düşük yoğunluklu katkılı bir tabakanın büyütülmesini mümkün kılan epitaksi işlemidir.

Yarı iletken üretiminde epitaksi sürecine genel bakış

Nedir? Yarı iletken imalatındaki epitaksi (epi) işlemi, kristalli bir alt tabakanın üzerinde belirli bir yönde ince bir kristalli katmanın büyümesine olanak tanır.

Yarı iletken üretiminde amaç, epitaksi işleminin amacı, cihaz üzerinden taşınan elektronları daha verimli hale getirmektir. Yarı iletken cihazların yapımında, yapıyı iyileştirmek ve tekdüze hale getirmek için epitaksi katmanları dahil edilir.

Epitaksi süreci, aynı malzemenin bir substrat üzerinde daha yüksek saflıkta epitaksiyal tabakaların büyümesine izin verir. Heterojunksiyon bipolar transistörler (HBT'ler) veya metal oksit yarı iletken alan etkisi transistörleri (MOSFET'ler) gibi bazı yarı iletken malzemelerde, epitaksi işlemi substrattan farklı bir malzeme tabakası yetiştirmek için kullanılır. Yüksek katmanlı bir malzeme tabakası üzerinde düşük yoğunluklu bir katman yetiştirmeyi mümkün kılan epitaksi sürecidir.

Yarı İletken Üretiminde Epitaksiyel İşlem Türleri

Epitaksiyel süreçte büyümenin yönü altta yatan substrat kristali tarafından belirlenir. Biriktirmenin tekrarına bağlı olarak bir veya daha fazla epitaksiyel katman olabilir. Epitaksiyel işlemler, kimyasal bileşim ve yapı bakımından alttaki substratla aynı veya farklı olan ince malzeme katmanları oluşturmak için kullanılabilir.

İki tür Epi süreci
Özellikler	Homoepitaksi	Heteroepitaksi
Büyüme katmanları	Epitaksiyel büyüme katmanı, substrat katmanıyla aynı malzemedir	Epitaksiyel büyüme katmanı, substrat katmanından farklı bir malzemedir
Kristal yapı ve kafes	Substrat ve epitaksiyal tabakanın kristal yapısı ve kafes sabiti aynıdır	Substratın ve epitaksiyel katmanın kristal yapısı ve kafes sabiti farklıdır
Örnekler	Silikon substrat üzerindeki yüksek saflıkta silikonun epitaksiyal büyümesi	Silikon substrat üzerindeki galyum arsenidin epitaksiyal büyümesi
Başvuru	Daha az saf alt tabakalar üzerinde farklı doping seviyelerinde katmanlar veya saf filmler gerektiren yarı iletken cihaz yapıları	Farklı malzeme katmanları gerektiren veya tek kristal olarak elde edilemeyen malzemelerin kristal filmlerini oluşturan yarı iletken cihaz yapıları

İki tür Epi süreci

ÖzelliklerHomoepitaksi Heteroepitaksi

Büyüme katmanları Epitaksiyel büyüme katmanı, substrat katmanıyla aynı malzemedir Epitaksiyel büyüme katmanı, substrat katmanından farklı bir malzemedir

Kristal Yapı ve Kafes Substrat ve epitaksiyal tabakanın kristal yapısı ve kafes sabiti aynıdır, substrat ve epitaksiyal tabakanın kristal yapısı ve kafes sabiti farklıdır

Örnekler Silikon substrat üzerinde silikon substrat epitaksiyal büyümesi üzerinde yüksek saflıkta silikonun epitaksiyal büyümesi

Uygulamalar Daha az saf substratlar üzerinde farklı doping seviyelerinde veya saf filmlerde katmanlar gerektiren yarı iletken cihaz yapıları, farklı malzemelerin katmanlarını gerektiren veya tek kristal olarak elde edilemeyen kristalin malzeme filmleri inşa etmeyi gerektiren yarı iletken cihaz yapıları

İki Tür Epi Proses

Özellikler Homoepitaksi Heteroepitaksi

Büyüme Katmanı Epitaksiyel büyüme katmanı, substrat katmanıyla aynı malzemedir Epitaksiyel büyüme katmanı, substrat katmanından farklı bir malzemedir

Kristal Yapı ve Kafes Substrat ve epitaksiyel katmanın kristal yapısı ve kafes sabiti aynıdır Substrat ve epitaksiyel katmanın kristal yapısı ve kafes sabiti farklıdır

Örnekler Silikon substrat üzerinde yüksek saflıktaki silikonun epitaksiyel büyümesi Silikon substrat üzerinde galyum arsenidin epitaksiyel büyümesi

Uygulamalar Daha az saf substratlarda farklı doping seviyelerinde veya saf filmlerde katmanlar gerektiren yarı iletken cihaz yapıları, farklı malzemelerin katmanlarını gerektiren veya tek kristal olarak elde edilemeyen kristalin malzeme filmleri oluşturan yarı iletken cihaz yapıları

Yarıiletken üretiminde epitaksiyal süreçleri etkileyen faktörler

 

Faktörler	Tanım
Sıcaklık	Epitaksi oranını ve epitaksiyel katman yoğunluğunu etkiler. Epitaksi işlemi için gereken sıcaklık oda sıcaklığından daha yüksektir ve değer epitaksi tipine bağlıdır.
Basınç	Epitaksi hızını ve epitaksiyal tabaka yoğunluğunu etkiler.
Kusur	Epitaksideki kusurlar kusurlu gofretlere yol açar. Epitaksiyel tabakanın hatasız büyümesi için epitaksi işlemi için gerekli fiziksel koşulların sağlanması gerekmektedir.
İstenilen Pozisyon	Epitaksi işlemi kristalin doğru pozisyonunda büyümelidir. Süreç sırasında büyümenin istenmediği alanlar, büyümeyi önlemek için uygun şekilde kaplanmalıdır.
Kendi kendine katma	Epitaksi işlemi yüksek sıcaklıklarda yapıldığından katkı atomları malzemede değişiklikler meydana getirebilir.

Faktörler Açıklama

Sıcaklık epitaksi hızını ve epitaksiyal tabaka yoğunluğunu etkiler. Epitaksi işlemi için gereken sıcaklık oda sıcaklığından daha yüksektir ve değer epitaksinin türüne bağlıdır.

Basınç epitaksi hızını ve epitaksiyal tabaka yoğunluğunu etkiler.

Epitaksideki kusurlar kusurlu gofretlere yol açar. Kusursuz epitaksiyal tabaka büyümesi için epitaksi işlemi için gereken fiziksel koşullar korunmalıdır.

İstenilen Konum Epitaksi işlemi kristalin doğru konumunda büyümelidir. İşlem sırasında büyümesi istenmeyen alanların, büyümeyi önlemek için uygun şekilde kaplanması gerekir.

Kendi kendine katkılama Epitaksi işlemi yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirildiğinden, katkı atomları malzemede değişiklikler meydana getirebilir.

Faktör açıklaması

Sıcaklık Epitaksi hızını ve epitaksiyel tabakanın yoğunluğunu etkiler. Epitaksiyel işlem için gereken sıcaklık oda sıcaklığından yüksektir ve değer epitaksinin türüne bağlıdır.

Basınç, epitaksi hızını ve epitaksiyel katman yoğunluğunu etkiler.

Kusurlar Epitaksideki kusurlar kusurlu levhalara yol açar. Epitaksiyel tabakanın hatasız büyümesi için epitaksi işlemi için gerekli fiziksel koşulların sağlanması gerekmektedir.

İstenen Konum Epitaksi işlemi kristalin doğru konumunda büyümelidir. Bu işlem sırasında büyümenin istenmediği alanlar büyümeyi önlemek için uygun şekilde kaplanmalıdır.

Kendi kendine katkılama Epitaksi işlemi yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirildiğinden, katkı atomları malzemede değişiklikler meydana getirebilir.

Epitaksiyal yoğunluk ve hız

Epitaksiyel büyümenin yoğunluğu, epitaksiyel büyüme katmanındaki malzemenin birim hacmi başına düşen atom sayısıdır. Sıcaklık, basınç ve yarı iletken alt tabakanın türü gibi faktörler epitaksiyel büyümeyi etkiler. Genel olarak epitaksiyel tabakanın yoğunluğu yukarıdaki faktörlere göre değişir. Epitaksiyel tabakanın büyüme hızına epitaksi hızı denir.

Epitaksi uygun konum ve yönelimde büyütülürse büyüme oranı yüksek olacaktır ve bunun tersi de geçerlidir. Epitaksiyel katman yoğunluğuna benzer şekilde, epitaksi hızı da sıcaklık, basınç ve substrat malzemesi türü gibi fiziksel faktörlere bağlıdır.

Yüksek sıcaklıklarda ve düşük basınçlarda epitaksiyel hız artar. Epitaksi hızı aynı zamanda substrat yapısının oryantasyonuna, reaktanların konsantrasyonuna ve kullanılan büyüme tekniğine de bağlıdır.

Epitaksi Proses Yöntemleri

Birkaç epitaksi yöntemi vardır:Sıvı faz epitaksi （LPE）, hibrit buhar fazlı epitaksi, katı fazlı epitaksi,atomik tabaka birikimi, kimyasal buhar biriktirme, moleküler ışın epitaksi, vb. İki epitaksi sürecini karşılaştıralım: CVD ve MBE.

Kimyasal buhar biriktirme (CVD) Moleküler ışın epitaksi (MBE)

Kimyasal süreç Fiziksel süreç

Bir gaz öncüsü bir büyüme odasında veya reaktörde ısıtılmış bir substratla karşılaştığında meydana gelen kimyasal bir reaksiyonu içerir. Biriktirilecek malzeme vakum koşulları altında ısıtılır

Film büyüme sürecinin hassas kontrolü Büyütülen katmanın kalınlığının ve bileşiminin hassas kontrolü

Yüksek kaliteli epitaksiyel katmanlar gerektiren uygulamalar için Son derece ince epitaksiyel katmanlar gerektiren uygulamalar için

En yaygın kullanılan yöntem daha pahalı yöntem

Kimyasal buhar birikimi (CVD)	Moleküler ışın epitaksi (MBE)
Kimyasal işlem	Fiziksel süreç
Bir gaz öncüsü, bir büyüme odası veya reaktörde ısıtılmış bir substratla karşılaştığında meydana gelen kimyasal reaksiyonu içerir.	Biriktirilecek malzeme vakum koşulları altında ısıtılır
İnce film büyüme sürecinin hassas kontrolü	Yetiştirilen katmanın kalınlığının ve bileşiminin hassas kontrolü
Yüksek kaliteli epitaksiyel katmanlar gerektiren uygulamalarda kullanılır	Son derece ince epitaksiyel katmanlar gerektiren uygulamalarda kullanılır
En sık kullanılan yöntem	Daha pahalı yöntem

Kimyasal Buhar Birikimi (CVD) Moleküler Işın Epitaksi (MBE)

Kimyasal Süreç Fiziksel Süreç

Bir gaz öncüsü bir büyüme odasında veya reaktörde ısıtılmış bir substratla karşılaştığında meydana gelen kimyasal bir reaksiyonu içerir. Biriktirilecek malzeme vakum koşulları altında ısıtılır

İnce film büyüme sürecinin hassas kontrolü Yetiştirilen katmanın kalınlığının ve bileşiminin hassas kontrolü

Son derece ince epitaksiyal katmanlar gerektiren uygulamalarda kullanılan yüksek kaliteli epitaksiyal katmanlar gerektiren uygulamalarda kullanılır

En sık kullanılan yöntem Daha pahalı yöntem

Epitaksi süreci yarı iletken üretiminde kritiktir; performansını optimize eder

yarı iletken cihazlar ve entegre devreler. Yarı iletken cihaz üretiminde cihaz kalitesini, özelliklerini ve elektriksel performansını etkileyen ana süreçlerden biridir.