실리콘 에피 택시의 특성

실리콘 에피 택시현대 반도체 제조에서 중요한 기본 프로세스입니다. 그것은 특정 결정 구조, 두께, 도핑 농도 및 정확하게 연마 된 단결정 실리콘 기질에서 하나 이상의 단축 실리콘 박막의 하나 이상의 층을 재배하는 과정을 지칭한다. 이 성장 필름을 에피 택셜 층 (에피 택셜 층 또는 에피 층)이라고하며, 에피 택셜 층을 갖는 실리콘 웨이퍼를 에피 택셜 실리콘 웨이퍼라고합니다. 그것의 핵심 특성은 새로 성장한 에피 택셜 실리콘 층이 결정화에서 기판 격자 구조의 연속이며, 기판과 동일한 결정 방향을 유지하여 완벽한 단결정 구조를 형성한다는 것이다. 이를 통해 에피 택셜 층은 기판의 것과 다른 정확하게 설계된 전기적 특성을 가질 수 있으므로 고성능 반도체 장치의 제조를위한 기초를 제공합니다.

실리콘 에피 택시를위한 정기 에피 탁스 감수자

ⅰ. 실리콘 에피 택시 란 무엇입니까?

1) 정의: 실리콘 에피 택시는 화학적 또는 물리적 방법에 의해 단일 결정 실리콘 기질에 실리콘 원자를 퇴적하여 기판 격자 구조에 따라 새로운 단결정 실리콘 박막을 성장시키는 기술이다.

2) 격자 일치: 핵심 특징은 에피 택셜 성장의 질서입니다. 증착 된 실리콘 원자는 무작위로 쌓이지 않고, 기판 표면의 원자에 의해 제공되는 "템플릿"의 지침 하에서 기판의 결정 방향에 따라 배열되어 원자 수준의 정확한 복제를 달성한다. 이것은 에피 택셜 층이 다결정 또는 비정질이 아닌 고품질의 단결정임을 보장한다.

3) 제어 가능성: 실리콘 에피 택시 공정은 성장층의 두께 (나노 미터에서 마이크로 미터까지), 도핑 유형 (N- 타입 또는 P- 타입) 및 도핑 농도의 정확한 제어를 허용한다. 이를 통해 다른 전기 특성을 갖는 영역은 동일한 실리콘 웨이퍼에 형성 될 수 있으며, 이는 복잡한 통합 회로를 제조하는 핵심입니다.

4) 인터페이스 특성: 에피 택셜 층과 기판 사이에 인터페이스가 형성된다. 이상적으로는이 인터페이스는 원자 적으로 평평하고 오염이 없습니다. 그러나 인터페이스의 품질은 에피 택셜 층의 성능에 중요하며, 모든 결함 또는 오염은 장치의 최종 성능에 영향을 줄 수 있습니다.

ⅱ. 실리콘 에피 택시의 원리

실리콘의 에피 택셜 성장은 주로 실리콘 원자가 기판 표면에서 이동하고 조합에 대한 가장 낮은 에너지 격자 위치를 찾을 수있는 올바른 에너지 및 환경을 제공하는 데 달려 있습니다. 현재 가장 일반적으로 사용되는 기술은 화학 증기 증착 (CVD)입니다.

화학 증기 증착 (CVD) : 이것은 실리콘 에피 택시를 달성하는 주류 방법입니다. 기본 원칙은 다음과 같습니다.

● 선구자 수송: 실란 (SIH4), 디클로로 실란 (SIH2CL2) 또는 트리클로로 실란 (SIHCL3) 및 도포판 가스 (예 : N- 타입 도핑 및 P- 타입 도핑에 대한 이베이플 B2H6)와 같은 실란 (SIH4), 디클로로 실란 (SIH2Cl2) 및 도포 팬트 가스와 같은 가스를 함유하는 가스를 함유하는 가스는 상원과 고정 된 반응에 전달된다.

● 표면 반응: 고온 (보통 900 ° C에서 1200 ° C 사이)에서, 이들 가스는 가열 된 실리콘 기질의 표면에서 화학적 분해 또는 반응을 겪습니다. 예를 들어, SIH4 → Si (고체)+2H2 (가스).

● 표면 이동 및 핵 생성: 분해에 의해 생성 된 실리콘 원자는 기판 표면에 흡착되어 표면으로 이동하여 결국 새로운 싱글을 결합하고 형성하기 시작하는 오른쪽 격자 부위를 찾습니다.크리스탈 층. 에피 택셜 성장 실리콘의 품질은 크게이 단계의 제어에 달려 있습니다.

● 계층 성장: 새로 증착 된 원자 층은 기판의 격자 구조를 연속적으로 반복하고, 층에 의해 층을 성장시키고, 특정 두께를 갖는 에피 택셜 실리콘 층을 형성한다.

주요 프로세스 매개 변수 : 실리콘 에피 택시 프로세스의 품질은 엄격하게 제어되며 주요 매개 변수에는 다음이 포함됩니다.

● 온도: 반응 속도, 표면 이동성 및 결함 형성에 영향을 미칩니다.

● 압력: 가스 수송 및 반응 경로에 영향을 미칩니다.

● 가스 흐름 및 비율: 성장률과 도핑 농도를 결정합니다.

● 기질 표면 청결: 모든 오염 물질은 결함의 기원 일 수 있습니다.

● 다른 기술: CVD는 주류이지만 분자 빔 에피 택시 (MBE)와 같은 기술은 특히 실리콘 에피 택시, 특히 R & D 또는 매우 높은 정밀 제어가 필요한 특수 응용 분야에서도 사용될 수 있습니다.MBE는 매우 높은 진공 환경에서 실리콘 공급원을 직접 증발시키고, 원자 또는 분자 빔은 성장을 위해 기질에 직접 투사됩니다.

ⅲ. 반도체 제조에서 실리콘 에피 택시 기술의 특정 응용

실리콘 에피 택시 기술은 실리콘 재료의 적용 범위를 크게 확장했으며 많은 고급 반도체 장치의 제조에 없어서는 안될 부분입니다.

● CMOS 기술: 고성능 로직 칩 (예 : CPU 및 GPU)에서, 낮은 도핑 된 (P- 또는 N-) 에피 택셜 실리콘 층은 종종 심하게 도핑 된 (P+ 또는 N+) 기판에서 성장된다. 이 에피 택셜 실리콘 웨이퍼 구조는 래치 업 효과 (래치 업)를 효과적으로 억제하고, 장치 신뢰성을 향상 시키며, 기판의 낮은 저항을 유지할 수 있으며, 이는 현재 전도 및 열 소산에 도움이됩니다.

● 바이폴라 트랜지스터 (BJT) 및 Bicmos:이 장치에서 실리콘 에피 택시는베이스 또는 수집기 영역과 같은 구조를 정확하게 구성하는 데 사용되며, 트랜지스터의 게인, 속도 및 기타 특성은 에피 택셜 층의 도핑 농도 및 두께를 제어하여 최적화됩니다.

● 이미지 센서 (CIS): 일부 이미지 센서 애플리케이션에서, 에피 택셜 실리콘 웨이퍼는 픽셀의 전기 분리를 향상시키고, 크로스 토크를 줄이며, 광전 변환 효율을 최적화 할 수 있습니다. 에피 택셜 층은 깨끗하고 덜 결함이있는 활성 영역을 제공합니다.

● 고급 프로세스 노드: 장치 크기가 계속 줄어들면서 재료 특성에 대한 요구 사항이 점점 높아지고 있습니다. 선택적 에피 택셜 성장 (SEG)을 포함한 실리콘 에피 택시 기술은 특정 영역에서 변형 실리콘 또는 실리콘 게르 탁 (SIGE) 에피 택셜 층을 재배하는 데 사용됩니다.

실리콘 에피 택시를위한 수평 에피 택셜 감수자

ⅳ.실리콘 에피 택시 기술의 문제와 도전

실리콘 에피 택시 기술은 성숙하고 널리 사용되지만 실리콘 공정의 에피 택셜 성장에는 여전히 몇 가지 도전과 문제가 있습니다.

● 결함 제어: 적층 결함, 탈구, 슬립 라인 등과 같은 다양한 결정 결함이 상피 성장 중에 생성 될 수 있습니다. 이러한 결함은 장치의 전기 성능, 신뢰성 및 수율에 심각한 영향을 줄 수 있습니다. 결함을 제어하려면 매우 깨끗한 환경, 최적화 된 공정 매개 변수 및 고품질 기판이 필요합니다.

● 일률: 대형 실리콘 웨이퍼 (예 : 300mm)에서 에피 택셜 층 두께와 도핑 농도의 완벽한 균일 성을 달성하는 것은 지속적인 도전입니다. 불균일은 동일한 웨이퍼에서 장치 성능의 차이를 초래할 수 있습니다.

● 자동화: 에피축 성장 공정 동안, 기판의 고 농도 도펀트는 가스 상 확산 또는 고체 상태 확산을 통해 성장하는 에피 택셜 층으로 들어갈 수 있으며, 특히 에피 택셜 층 도핑 농도가 예상 값, 특히 상피 층과 기질 사이의 계면 근처에서 벗어날 수있다. 이것은 실리콘 에피 택시 과정에서 해결해야 할 문제 중 하나입니다.

● 표면 형태: 에피 택셜 층의 표면은 고도로 평평하게 유지되어야하며, 거칠기 또는 표면 결함 (예 : 안개)은 리소그래피와 같은 후속 공정에 영향을 미칩니다.

● 비용: 일반적인 광택 실리콘 웨이퍼와 비교하여, 에피 택셜 실리콘 웨이퍼의 생산은 추가 공정 단계와 장비 투자를 추가하여 더 높은 비용을 초래합니다.

● 선택적 에피 택시의 도전: 고급 프로세스에서, 선택적 에피 택셜 성장 (특정 영역에서만 성장)은 성장 속도의 선택성, 측면과 성장의 제어 등과 같은 프로세스 제어에 대한 수요가 더 높아집니다.

ⅴ.결론

주요 반도체 재료 준비 기술로서실리콘 에피 택시단결정 실리콘 기질에 특정 전기 및 물리적 특성을 갖는 고품질 단축 에피 택셜 실리콘 층을 정확하게 성장시키는 능력이다. 실리콘 에피 택시 프로세스에서 온도, 압력 및 공기 흐름과 같은 매개 변수의 정확한 제어를 통해 층 두께 및 도핑 분포는 CMO, 전력 장치 및 센서와 같은 다양한 반도체 응용 프로그램의 요구를 충족시키기 위해 사용자 정의 할 수 있습니다.

실리콘의 에피축 성장은 기술의 지속적인 발전으로 결함 제어, 균일 성,자가 도핑 및 비용과 같은 문제에 직면하지만 실리콘 에피 택시는 여전히 반도체 장치의 성능 개선 및 기능적 혁신을 촉진하기위한 핵심 주행력 중 하나이며, Silicon Weeferferferferferferferferferfipleace.