Qu’est-ce que le procédé d’épitaxie de semi-conducteurs ?

Il est idéal pour construire des circuits intégrés ou des dispositifs semi-conducteurs sur une couche de base cristalline parfaite. LeépitaxieLe procédé (épi) dans la fabrication de semi-conducteurs vise à déposer une fine couche monocristalline, généralement d'environ 0,5 à 20 microns, sur un substrat monocristallin. Le procédé d'épitaxie est une étape importante dans la fabrication de dispositifs semi-conducteurs, notamment dans la fabrication de plaquettes de silicium.

Processus d'épitaxie (epi) dans la fabrication de semi-conducteurs

Présentation de l'épitaxie dans la fabrication de semi-conducteurs
Qu'est-ce que c'est	Le processus d'épitaxie (epi) dans la fabrication de semi-conducteurs permet la croissance d'une fine couche cristalline dans une orientation donnée au-dessus d'un substrat cristallin.
But	Dans la fabrication de semi-conducteurs, l’objectif du processus d’épitaxie est de rendre le transport des électrons plus efficace à travers le dispositif. Dans la construction de dispositifs semi-conducteurs, des couches d’épitaxie sont incluses pour affiner et uniformiser la structure.
Processus	Le processus d'épitaxie permet la croissance de couches épitaxiales de plus grande pureté sur un substrat du même matériau. Dans certains matériaux semi-conducteurs, tels que les transistors bipolaires à hétérojonction (HBT) ou les transistors à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique (MOSFET), le processus d'épitaxie est utilisé pour faire croître une couche de matériau différent du substrat. C'est le procédé d'épitaxie qui permet de faire croître une couche dopée de faible densité sur une couche de matériau fortement dopé.

Présentation de l'épitaxie dans la fabrication de semi-conducteurs

Qu'est-ce que c'est Le processus d'épitaxie (epi) dans la fabrication de semi-conducteurs permet la croissance d'une fine couche cristalline dans une orientation donnée au-dessus d'un substrat cristallin.

Objectif Dans la fabrication de semi-conducteurs, l'objectif du processus d'épitaxie est de rendre le transport des électrons plus efficace à travers le dispositif. Dans la construction de dispositifs semi-conducteurs, des couches d’épitaxie sont incluses pour affiner et uniformiser la structure.

Traiter leépitaxieLe processus permet la croissance de couches épitaxiales de plus grande pureté sur un substrat du même matériau. Dans certains matériaux semi-conducteurs, tels que les transistors bipolaires à hétérojonction (HBT) ou les transistors à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique (MOSFET), le processus d'épitaxie est utilisé pour faire croître une couche de matériau différent du substrat. C'est le procédé d'épitaxie qui permet de faire croître une couche dopée de faible densité sur une couche de matériau fortement dopé.

Présentation du processus d'épitaxie dans la fabrication de semi-conducteurs

Qu'est-ce que c'est Le processus d'épitaxie (epi) dans la fabrication de semi-conducteurs permet la croissance d'une fine couche cristalline dans une orientation donnée au-dessus d'un substrat cristallin.

Objectif dans la fabrication de semi-conducteurs, l’objectif du processus d’épitaxie est de rendre plus efficace le transport des électrons à travers le dispositif. Dans la construction de dispositifs semi-conducteurs, des couches d’épitaxie sont incluses pour affiner et uniformiser la structure.

Le processus d'épitaxie permet la croissance de couches épitaxiales de plus grande pureté sur un substrat du même matériau. Dans certains matériaux semi-conducteurs, tels que les transistors bipolaires à hétérojonction (HBT) ou les transistors à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique (MOSFET), le processus d'épitaxie est utilisé pour faire croître une couche de matériau différent du substrat. C'est le procédé d'épitaxie qui permet de faire croître une couche dopée de faible densité sur une couche de matériau fortement dopé.

Types de processus épitaxiaux dans la fabrication de semi-conducteurs

Dans le processus épitaxial, la direction de croissance est déterminée par le cristal du substrat sous-jacent. Selon la répétition du dépôt, il peut y avoir une ou plusieurs couches épitaxiées. Les processus épitaxiaux peuvent être utilisés pour former de fines couches de matériau dont la composition chimique et la structure sont identiques ou différentes de celles du substrat sous-jacent.

Deux types de processus Epi
Caractéristiques	Homoépitaxie	Hétéroépitaxie
Couches de croissance	La couche de croissance épitaxiale est le même matériau que la couche de substrat	La couche de croissance épitaxiale est un matériau différent de la couche de substrat
Structure et réseau cristallins	La structure cristalline et la constante de réseau du substrat et de la couche épitaxiale sont les mêmes	La structure cristalline et la constante de réseau du substrat et de la couche épitaxiale sont différentes
Exemples	Croissance épitaxiale de silicium de haute pureté sur substrat de silicium	Croissance épitaxiale d'arséniure de gallium sur substrat de silicium
Applications	Structures de dispositifs semi-conducteurs nécessitant des couches de différents niveaux de dopage ou des films purs sur des substrats moins purs	Structures de dispositifs semi-conducteurs nécessitant des couches de différents matériaux ou la construction de films cristallins de matériaux qui ne peuvent pas être obtenus sous forme de monocristaux

Deux types de processus Epi

CaractéristiquesHomoépitaxie Hétéroépitaxie

Couches de croissance La couche de croissance épitaxiale est le même matériau que la couche de substrat La couche de croissance épitaxiale est un matériau différent de la couche de substrat

Structure cristalline et réseau La structure cristalline et la constante de réseau du substrat et de la couche épitaxiale sont les mêmes. La structure cristalline et la constante de réseau du substrat et de la couche épitaxiale sont différentes.

Exemples Croissance épitaxiale de silicium de haute pureté sur substrat de silicium Croissance épitaxiale d'arséniure de gallium sur substrat de silicium

Applications Structures de dispositifs semi-conducteurs nécessitant des couches de différents niveaux de dopage ou des films purs sur des substrats moins purs Structures de dispositifs semi-conducteurs nécessitant des couches de différents matériaux ou construisant des films cristallins de matériaux qui ne peuvent pas être obtenus sous forme de monocristaux

Deux types de processus épi

Caractéristiques Homoépitaxie Hétéroépitaxie

Couche de croissance La couche de croissance épitaxiale est le même matériau que la couche de substrat La couche de croissance épitaxiale est un matériau différent de la couche de substrat

Structure cristalline et réseau La structure cristalline et la constante de réseau du substrat et de la couche épitaxiale sont les mêmes. La structure cristalline et la constante de réseau du substrat et de la couche épitaxiale sont différentes.

Exemples Croissance épitaxiale de silicium de haute pureté sur substrat de silicium Croissance épitaxiale d'arséniure de gallium sur substrat de silicium

Applications Structures de dispositifs semi-conducteurs qui nécessitent des couches de différents niveaux de dopage ou des films purs sur des substrats moins purs Structures de dispositifs semi-conducteurs qui nécessitent des couches de différents matériaux ou construisent des films cristallins de matériaux qui ne peuvent pas être obtenus sous forme de monocristaux.

Facteurs affectant les processus d'épitaxie dans la fabrication de semi-conducteurs

 

Facteurs	Description
Température	Affecte le taux d'épitaxie et la densité de la couche épitaxiale. La température requise pour le processus d'épitaxie est supérieure à la température ambiante et la valeur dépend du type d'épitaxie.
Pression	Affecte le taux d'épitaxie et la densité de la couche épitaxiale.
Défauts	Les défauts d'épitaxie conduisent à des tranches défectueuses. Les conditions physiques requises pour le processus d'épitaxie doivent être maintenues pour une croissance de la couche épitaxiale sans défaut.
Poste souhaité	Le processus d'épitaxie doit se développer sur la bonne position du cristal. Les zones où la croissance n'est pas souhaitée pendant le processus doivent être correctement recouvertes pour empêcher la croissance.
Autodopage	Étant donné que le processus d’épitaxie est effectué à des températures élevées, les atomes dopants peuvent provoquer des modifications dans le matériau.

Description des facteurs

Température Affecte le taux d'épitaxie et la densité de la couche épitaxiale. La température requise pour le processus d'épitaxie est supérieure à la température ambiante et la valeur dépend du type d'épitaxie.

Pression Affecte le taux d'épitaxie et la densité de la couche épitaxiale.

Défauts Les défauts d'épitaxie conduisent à des tranches défectueuses. Les conditions physiques requises pour le processus d'épitaxie doivent être maintenues pour une croissance de la couche épitaxiale sans défaut.

Position souhaitée Le processus d'épitaxie doit se développer sur la position correcte du cristal. Les zones où la croissance n'est pas souhaitée pendant le processus doivent être correctement recouvertes pour empêcher la croissance.

Autodopage Étant donné que le processus d'épitaxie est effectué à des températures élevées, les atomes dopants peuvent provoquer des modifications dans le matériau.

Description du facteur

Température Affecte le taux d'épitaxie et la densité de la couche épitaxiale. La température requise pour le processus d'épitaxie est supérieure à la température ambiante et la valeur dépend du type d'épitaxie.

La pression affecte le taux d'épitaxie et la densité de la couche épitaxiale.

Défauts Les défauts d'épitaxie conduisent à des tranches défectueuses. Les conditions physiques requises pour le processus d'épitaxie doivent être maintenues pour une croissance de la couche épitaxiale sans défaut.

Emplacement souhaité Le processus d'épitaxie doit se développer au bon endroit du cristal. Les zones où la croissance n'est pas souhaitée au cours de ce processus doivent être correctement recouvertes pour empêcher la croissance.

Autodopage Étant donné que le processus d'épitaxie est effectué à des températures élevées, les atomes dopants peuvent provoquer des modifications dans le matériau.

Densité et taux d'épitaxie

La densité de croissance épitaxiale est le nombre d’atomes par unité de volume de matériau dans la couche de croissance épitaxiale. Des facteurs tels que la température, la pression et le type de substrat semi-conducteur affectent la croissance épitaxiale. Généralement, la densité de la couche épitaxiale varie en fonction des facteurs ci-dessus. La vitesse à laquelle la couche épitaxiale se développe est appelée taux d'épitaxie.

Si l’épitaxie est cultivée au bon endroit et dans la bonne orientation, le taux de croissance sera élevé et vice versa. Semblable à la densité de la couche épitaxiale, le taux d'épitaxie dépend également de facteurs physiques tels que la température, la pression et le type de matériau du substrat.

Le taux d'épitaxie augmente à des températures élevées et à basses pressions. Le taux d'épitaxie dépend également de l'orientation de la structure du substrat, de la concentration des réactifs et de la technique de croissance utilisée.

Méthodes de processus d'épitaxie

Il existe plusieurs méthodes d'épitaxie :épitaxie en phase liquide (LPE), épitaxie hybride en phase vapeur, épitaxie en phase solide,dépôt de couche atomique, dépôt chimique en phase vapeur, épitaxie par jet moléculaire, etc. Comparons deux procédés d'épitaxie : CVD et MBE.

Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) Épitaxie par jet moléculaire (MBE)

Processus chimique Processus physique

Implique une réaction chimique qui se produit lorsqu'un précurseur gazeux rencontre un substrat chauffé dans une chambre de croissance ou un réacteur. Le matériau à déposer est chauffé sous vide.

Contrôle précis du processus de croissance du film Contrôle précis de l'épaisseur et de la composition de la couche cultivée

Pour les applications nécessitant des couches épitaxiales de haute qualité Pour les applications nécessitant des couches épitaxiales extrêmement fines

Méthode la plus couramment utilisée Méthode plus coûteuse

Dépôt chimique en phase vapeur (CVD)	Épitaxie par jet moléculaire (MBE)
Processus chimique	Processus physique
Implique une réaction chimique qui se produit lorsqu'un précurseur de gaz rencontre un substrat chauffé dans une chambre de croissance ou un réacteur	Le matériau à déposer est chauffé sous vide
Contrôle précis du processus de croissance des couches minces	Contrôle précis de l'épaisseur et de la composition de la couche cultivée
Utilisé dans les applications nécessitant des couches épitaxiales de haute qualité	Utilisé dans les applications nécessitant des couches épitaxiales extrêmement fines
Méthode la plus couramment utilisée	Méthode plus coûteuse

Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) Épitaxie par jet moléculaire (MBE)

Processus chimique Processus physique

Implique une réaction chimique qui se produit lorsqu'un précurseur gazeux rencontre un substrat chauffé dans une chambre de croissance ou un réacteur. Le matériau à déposer est chauffé sous vide.

Contrôle précis du processus de croissance du film mince Contrôle précis de l’épaisseur et de la composition de la couche développée

Utilisé dans les applications nécessitant des couches épitaxiales de haute qualité Utilisé dans les applications nécessitant des couches épitaxiales extrêmement fines

Méthode la plus couramment utilisée Méthode plus coûteuse

Le processus d'épitaxie est essentiel dans la fabrication de semi-conducteurs ; il optimise les performances de

dispositifs semi-conducteurs et circuits intégrés. Il s’agit de l’un des principaux processus de fabrication des dispositifs à semi-conducteurs qui affecte la qualité, les caractéristiques et les performances électriques des dispositifs.