सिलिकॉन एपिटैक्सी के लक्षण

सिलिकॉन एपिटैक्सीआधुनिक अर्धचालक विनिर्माण में एक महत्वपूर्ण बुनियादी प्रक्रिया है। यह विशिष्ट क्रिस्टल संरचना, मोटाई, डोपिंग एकाग्रता के साथ एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन पतली फिल्मों की एक या अधिक परतों को बढ़ाने की प्रक्रिया को संदर्भित करता है और एक सटीक रूप से पॉलिश सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन सब्सट्रेट पर टाइप करता है। इस विकसित फिल्म को एक एपिटैक्सियल लेयर (एपिटैक्सियल लेयर या एपि लेयर) कहा जाता है, और एक एपिटैक्सियल लेयर के साथ एक सिलिकॉन वेफर को एपिटैक्सियल सिलिकॉन वेफर कहा जाता है। इसकी मुख्य विशेषता यह है कि नव विकसित एपिटैक्सियल सिलिकॉन परत क्रिस्टलोग्राफी में सब्सट्रेट जाली संरचना की एक निरंतरता है, जो सब्सट्रेट के समान क्रिस्टल अभिविन्यास को बनाए रखता है, एक सही एकल क्रिस्टल संरचना बनाता है। यह एपिटैक्सियल परत को ठीक से डिज़ाइन किए गए विद्युत गुणों की अनुमति देता है जो सब्सट्रेट से अलग हैं, इस प्रकार उच्च-प्रदर्शन अर्धचालक उपकरणों के निर्माण के लिए एक आधार प्रदान करते हैं।

सिलिकॉन एपिटैक्सी के लिए वर्टियल एपिटैक्सियल सूस्विनर

Ⅰ। सिलिकॉन एपिटैक्सी क्या है?

1) परिभाषा: सिलिकॉन एपिटैक्सी एक ऐसी तकनीक है जो रासायनिक या भौतिक तरीकों से एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन सब्सट्रेट पर सिलिकॉन परमाणुओं को जमा करती है और एक नई एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन पतली फिल्म को विकसित करने के लिए सब्सट्रेट जाली संरचना के अनुसार उन्हें व्यवस्थित करती है।

2） जाली मिलान: मुख्य विशेषता एपिटैक्सियल ग्रोथ का क्रम है। जमा किए गए सिलिकॉन परमाणुओं को बेतरतीब ढंग से स्टैक नहीं किया जाता है, लेकिन सब्सट्रेट की सतह पर परमाणुओं द्वारा प्रदान किए गए "टेम्पलेट" के मार्गदर्शन के तहत सब्सट्रेट के क्रिस्टल अभिविन्यास के अनुसार व्यवस्थित किया जाता है, परमाणु-स्तरीय सटीक प्रतिकृति प्राप्त करता है। यह सुनिश्चित करता है कि एपिटैक्सियल परत पॉलीक्रिस्टलाइन या अनाकार के बजाय एक उच्च गुणवत्ता वाली एकल क्रिस्टल है।

3） नियंत्रणीयता: सिलिकॉन एपिटैक्सी प्रक्रिया विकास परत (नैनोमीटर से माइक्रोमीटर से माइक्रोमीटर), डोपिंग प्रकार (एन-प्रकार या पी-प्रकार), और डोपिंग एकाग्रता की मोटाई के सटीक नियंत्रण की अनुमति देती है। यह विभिन्न विद्युत गुणों वाले क्षेत्रों को एक ही सिलिकॉन वेफर पर गठित करने की अनुमति देता है, जो कि जटिल एकीकृत सर्किट का निर्माण करने की कुंजी है।

4） इंटरफ़ेस विशेषताएँ: एपिटैक्सियल लेयर और सब्सट्रेट के बीच एक इंटरफ़ेस बनता है। आदर्श रूप से, यह इंटरफ़ेस परमाणु रूप से सपाट और संदूषण मुक्त है। हालांकि, इंटरफ़ेस की गुणवत्ता एपिटैक्सियल परत के प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण है, और कोई भी दोष या संदूषण डिवाइस के अंतिम प्रदर्शन को प्रभावित कर सकता है।

Ⅱ। सिलिकॉन एपिटैक्सी के सिद्धांत

सिलिकॉन की एपिटैक्सियल विकास मुख्य रूप से सिलिकॉन परमाणुओं के लिए सही ऊर्जा और पर्यावरण प्रदान करने पर निर्भर करता है ताकि सब्सट्रेट की सतह पर पलायन किया जा सके और संयोजन के लिए सबसे कम ऊर्जा जाली स्थिति पाई जा सके। वर्तमान में सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली तकनीक रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) है।

रासायनिक वाष्प जमाव (CVD): यह सिलिकॉन एपिटैक्सी प्राप्त करने के लिए मुख्यधारा की विधि है। इसके मूल सिद्धांत हैं:

● पूर्ववर्ती परिवहन: सिलिकॉन तत्व (अग्रदूत) युक्त गैस, जैसे कि सिलेन (SIH4), Dichlorosilane (SIH2Cl2) या ट्राइक्लोरोसिलैन (SIHCL3), और डोपेंट गैस (जैसे कि एन-प्रकार डोपिंग के लिए फॉस्फीन PH3 और पी-टेप डोपिंग के लिए डिबॉरन बी 2 एच 6 को एक उच्च-प्रतिक्रिया में मिश्रित किया जाता है।

● सतह प्रतिक्रिया: उच्च तापमान पर (आमतौर पर 900 डिग्री सेल्सियस और 1200 डिग्री सेल्सियस के बीच), ये गैसें गर्म सिलिकॉन सब्सट्रेट की सतह पर रासायनिक अपघटन या प्रतिक्रिया से गुजरती हैं। उदाहरण के लिए, SIH4 → SI (ठोस)+2H2 (गैस)।

● सतह प्रवासन और न्यूक्लिएशन: अपघटन द्वारा निर्मित सिलिकॉन परमाणुओं को सब्सट्रेट सतह पर adsorbed किया जाता है और सतह पर पलायन किया जाता है, अंततः एक नया एकल बनाने के लिए सही जाली साइट ढूंढता है।क्रिस्टल लेयर। एपिटैक्सियल ग्रोथ सिलिकॉन की गुणवत्ता काफी हद तक इस कदम के नियंत्रण पर निर्भर करती है।

● स्तरित वृद्धि: नव जमा परमाणु परत लगातार सब्सट्रेट की जाली संरचना को दोहराता है, परत द्वारा परत को उगाता है, और एक विशिष्ट मोटाई के साथ एक एपिटैक्सियल सिलिकॉन परत बनाता है।

मुख्य प्रक्रिया पैरामीटर: सिलिकॉन एपिटैक्सी प्रक्रिया की गुणवत्ता को सख्ती से नियंत्रित किया जाता है, और प्रमुख मापदंडों में शामिल हैं:

● तापमान: प्रतिक्रिया दर, सतह की गतिशीलता और दोष गठन को प्रभावित करता है।

● दबाव: गैस परिवहन और प्रतिक्रिया पथ को प्रभावित करता है।

● गैस प्रवाह और अनुपात: विकास दर और डोपिंग एकाग्रता निर्धारित करता है।

● सब्सट्रेट सतह स्वच्छता: कोई भी दूषित दोषों की उत्पत्ति हो सकती है।

● अन्य प्रौद्योगिकियां: हालांकि सीवीडी मुख्यधारा है, आणविक बीम एपिटैक्सी (एमबीई) जैसी प्रौद्योगिकियों का उपयोग सिलिकॉन एपिटैक्सी के लिए भी किया जा सकता है, विशेष रूप से आर एंड डी या विशेष अनुप्रयोगों में जिनके लिए अत्यधिक उच्च परिशुद्धता नियंत्रण की आवश्यकता होती है।MBE सीधे एक अल्ट्रा-हाई वैक्यूम वातावरण में सिलिकॉन स्रोतों को वाष्पित करता है, और परमाणु या आणविक बीम को सीधे विकास के लिए सब्सट्रेट पर अनुमानित किया जाता है।

Ⅲ। अर्धचालक विनिर्माण में सिलिकॉन एपिटैक्सी प्रौद्योगिकी के विशिष्ट अनुप्रयोग

सिलिकॉन एपिटैक्सी टेक्नोलॉजी ने सिलिकॉन सामग्री की एप्लिकेशन रेंज का बहुत विस्तार किया है और कई उन्नत अर्धचालक उपकरणों के निर्माण का एक अपरिहार्य हिस्सा है।

● सीएमओएस प्रौद्योगिकी: उच्च-प्रदर्शन लॉजिक चिप्स (जैसे कि सीपीयू और जीपीयू) में, एक कम-डोपेड (पी− या एन dow) एपिटैक्सियल सिलिकॉन लेयर अक्सर एक भारी डोपेड (पी+ या एन+) सब्सट्रेट पर उगाया जाता है। यह एपिटैक्सियल सिलिकॉन वेफर संरचना प्रभावी रूप से कुंडी-अप प्रभाव (कुंडी-अप) को दबा सकती है, डिवाइस की विश्वसनीयता में सुधार कर सकती है, और सब्सट्रेट के कम प्रतिरोध को बनाए रख सकती है, जो वर्तमान चालन और गर्मी अपव्यय के लिए अनुकूल है।

● द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर (BJT) और BICMOS?

● छवि संवेदक: कुछ छवि सेंसर अनुप्रयोगों में, एपिटैक्सियल सिलिकॉन वेफर्स पिक्सेल के विद्युत अलगाव में सुधार कर सकते हैं, क्रॉसस्टॉक को कम कर सकते हैं, और फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता का अनुकूलन कर सकते हैं। एपिटैक्सियल परत एक क्लीनर और कम दोषपूर्ण सक्रिय क्षेत्र प्रदान करती है।

● उन्नत प्रक्रिया नोड्स: जैसे -जैसे डिवाइस का आकार सिकुड़ता रहता है, भौतिक गुणों की आवश्यकताएं अधिक और अधिक होती जा रही हैं। सिलिकॉन एपिटैक्सी तकनीक, जिसमें चयनात्मक एपिटैक्सियल ग्रोथ (एसईजी) शामिल है, का उपयोग वाहक की गतिशीलता में सुधार करने के लिए विशिष्ट क्षेत्रों में स्ट्रेड सिलिकॉन या सिलिकॉन जर्मेनियम (एसआईजीई) एपिटैक्सियल परतों को बढ़ाने के लिए किया जाता है और इस प्रकार ट्रांजिस्टर की गति को बढ़ाता है।

सिलिकॉन एपिटैक्सी के लिए क्षितिज एपिटैक्सियल सूस्विनर

Ⅳ।सिलिकॉन एपिटैक्सी टेक्नोलॉजी की समस्याएं और चुनौतियां

हालांकि सिलिकॉन एपिटैक्सी तकनीक परिपक्व और व्यापक रूप से उपयोग की जाती है, फिर भी सिलिकॉन प्रक्रिया के एपिटैक्सियल ग्रोथ में कुछ चुनौतियां और समस्याएं हैं:

● दोष नियंत्रण: विभिन्न क्रिस्टल दोष जैसे कि स्टैकिंग दोष, अव्यवस्था, पर्ची लाइनों आदि को एपिटैक्सियल वृद्धि के दौरान उत्पन्न किया जा सकता है। ये दोष डिवाइस के विद्युत प्रदर्शन, विश्वसनीयता और उपज को गंभीरता से प्रभावित कर सकते हैं। दोषों को नियंत्रित करने के लिए एक अत्यंत स्वच्छ वातावरण, अनुकूलित प्रक्रिया मापदंडों और उच्च गुणवत्ता वाले सब्सट्रेट की आवश्यकता होती है।

● वर्दी: बड़े आकार के सिलिकॉन वेफर्स (जैसे 300 मिमी) पर एपिटैक्सियल लेयर की मोटाई और डोपिंग एकाग्रता की सही एकरूपता प्राप्त करना एक चल रही चुनौती है। गैर-एकरूपता एक ही वेफर पर डिवाइस के प्रदर्शन में अंतर को जन्म दे सकती है।

● ऑटोडोपिंग: एपिटैक्सियल ग्रोथ प्रक्रिया के दौरान, सब्सट्रेट में उच्च-सांद्रता डोपेंट्स गैस चरण प्रसार या ठोस-राज्य प्रसार के माध्यम से बढ़ती एपिटैक्सियल परत में प्रवेश कर सकते हैं, जिससे एपिटैक्सियल लेयर डोपिंग एकाग्रता अपेक्षित मूल्य से विचलन हो सकती है, विशेष रूप से एपिटैक्सियल परत और सब्सट्रेट के बीच इंटरफ़ेस के पास। यह उन मुद्दों में से एक है जिन्हें सिलिकॉन एपिटैक्सी प्रक्रिया में संबोधित करने की आवश्यकता है।

● सतह आकृति विज्ञान: एपिटैक्सियल परत की सतह को अत्यधिक सपाट रहना चाहिए, और किसी भी खुरदरापन या सतह के दोष (जैसे धुंध) लिथोग्राफी जैसी बाद की प्रक्रियाओं को प्रभावित करेंगे।

● लागत: Compared with ordinary polished silicon wafers, the production of epitaxial silicon wafers adds additional process steps and equipment investment, resulting in higher costs.

● चयनात्मक एपिटैक्सी की चुनौतियां: उन्नत प्रक्रियाओं में, चयनात्मक एपिटैक्सियल ग्रोथ (केवल विशिष्ट क्षेत्रों में वृद्धि) प्रक्रिया नियंत्रण पर उच्च मांगें, जैसे कि विकास दर की चयनात्मकता, पार्श्व अतिवृद्धि का नियंत्रण, आदि।

Ⅴ।निष्कर्ष

एक प्रमुख अर्धचालक सामग्री तैयारी प्रौद्योगिकी के रूप में, की मुख्य विशेषतासिलिकॉन एपिटैक्सीएकल-क्रिस्टल सिलिकॉन सब्सट्रेट पर विशिष्ट विद्युत और भौतिक गुणों के साथ उच्च गुणवत्ता वाले एकल-क्रिस्टल एपिटैक्सियल सिलिकॉन परतों को सटीक रूप से विकसित करने की क्षमता है। सिलिकॉन एपिटैक्सी प्रक्रिया में तापमान, दबाव और एयरफ्लो जैसे मापदंडों के सटीक नियंत्रण के माध्यम से, सीएमओ, बिजली उपकरणों और सेंसर जैसे विभिन्न अर्धचालक अनुप्रयोगों की जरूरतों को पूरा करने के लिए परत की मोटाई और डोपिंग वितरण को अनुकूलित किया जा सकता है।

यद्यपि सिलिकॉन की एपिटैक्सियल ग्रोथ में दोष नियंत्रण, एकरूपता, स्व-डोपिंग और लागत जैसी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, प्रौद्योगिकी की निरंतर उन्नति के साथ, सिलिकॉन एपिटैक्सी अभी भी सेमीकंडक्टर उपकरणों के प्रदर्शन सुधार और कार्यात्मक नवाचार को बढ़ावा देने के लिए मुख्य ड्राइविंग बलों में से एक है, और एपिटैक्सियल सिलिकॉन वेफ्रेनिंग में इसकी स्थिति अपूरणीय है।