原磊科普丨半導(dǎo)體制造中的外延(Epi)工藝
- 分類:行業(yè)新聞
- 作者:
- 來源:https://resources.pcb.cadence.com
- 發(fā)布時(shí)間:2024-05-23
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【概要描述】在完美的晶體基礎(chǔ)層上構(gòu)建集成電路或半導(dǎo)體器件是理想的選擇。半導(dǎo)體制造中的外延(epi)工藝旨在在單晶襯底上沉積一層精細(xì)的單晶層,通常約為0.5至20微米。外延工藝是半導(dǎo)體器件制造中的一個(gè)重要步驟,尤其是在硅片制造中。
原磊科普丨半導(dǎo)體制造中的外延(Epi)工藝
【概要描述】在完美的晶體基礎(chǔ)層上構(gòu)建集成電路或半導(dǎo)體器件是理想的選擇。半導(dǎo)體制造中的外延(epi)工藝旨在在單晶襯底上沉積一層精細(xì)的單晶層,通常約為0.5至20微米。外延工藝是半導(dǎo)體器件制造中的一個(gè)重要步驟,尤其是在硅片制造中。
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關(guān)鍵要點(diǎn)
● 外延工藝允許在相同材料的襯底上生長(zhǎng)更高純度的膜層。
● 在外延過程中,生長(zhǎng)的方向由下面的基底晶體決定。
● 外延工藝影響器件質(zhì)量、特性、電氣性能等。
在完美的晶體基礎(chǔ)層上構(gòu)建集成電路或半導(dǎo)體器件是理想的選擇。半導(dǎo)體制造中的外延(epi)工藝旨在在單晶襯底上沉積一層精細(xì)的單晶層,通常約為0.5至20微米。外延工藝是半導(dǎo)體器件制造中的一個(gè)重要步驟,尤其是在硅片制造中。
半導(dǎo)體制造中的外延(Epi)工藝
半導(dǎo)體制造中的外延工藝綜述 | |
它是什么 | 半導(dǎo)體制造中的外延(epi)工藝允許在晶體襯底的頂部以給定的取向生長(zhǎng)薄晶體層。 |
目標(biāo) | 在半導(dǎo)體制造中,外延工藝的目標(biāo)是使電子通過器件更有效地傳輸。在半導(dǎo)體器件的構(gòu)造中,包括外延層以細(xì)化并使結(jié)構(gòu)均勻。 |
過程 | 外延工藝允許在相同材料的襯底上生長(zhǎng)更高純度的外延層。在一些半導(dǎo)體材料中,例如異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET),外延工藝用于生長(zhǎng)不同于襯底的材料層。正是外延工藝使得在高摻雜材料層上生長(zhǎng)低密度摻雜層成為可能。 |
半導(dǎo)體制造中的外延工藝類型
在外延工藝中,生長(zhǎng)的方向由下面的基底晶體決定。取決于沉積的重復(fù),可以有一個(gè)或多個(gè)外延層。外延工藝可用于形成在化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)方面與下面的襯底相同或不同的材料薄層。
Epi過程的兩種類型 | ||
特征 | 同質(zhì)外延 | 異質(zhì)外延 |
生長(zhǎng)層 | 外延生長(zhǎng)層與襯底層的材料相同 | 外延生長(zhǎng)層的材料與襯底層不同 |
晶體結(jié)構(gòu)和晶格 | 襯底和外延層的晶體結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù)相同 | 襯底和外延的晶體結(jié)構(gòu)與晶格常數(shù)不同 |
實(shí)例 | 硅襯底上外延生長(zhǎng)高純硅 | 硅襯底上外延生長(zhǎng)砷化鎵 |
應(yīng)用 | 半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)需要不同摻雜水平的層或在不太純的襯底上的純膜 | 半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)需要不同材料的層或構(gòu)建不能作為單晶獲得的材料的晶體膜 |
半導(dǎo)體制造中影響外延工藝的因素
因素 | 描述 |
溫度 | 影響外延速率和外延層密度。外延工藝所需的溫度高于室溫,并且該值取決于外延的類型。 |
壓力 | 影響外延速率和外延層密度。 |
缺陷 | 外延中的缺陷導(dǎo)致有缺陷的晶片。外延工藝所需的物理?xiàng)l件應(yīng)保持為無(wú)缺陷外延層生長(zhǎng)。 |
期望位置 | 外延工藝應(yīng)在晶體的正確位置上生長(zhǎng)。在此過程中不需要生長(zhǎng)的區(qū)域應(yīng)適當(dāng)?shù)劐兡ひ苑乐股L(zhǎng)。 |
自摻雜 | 由于外延工藝在高溫下進(jìn)行,摻雜劑原子可能能夠在材料中帶來變化。 |
外延密度和速率
外延生長(zhǎng)的密度是外延生長(zhǎng)層中每單位體積材料的原子數(shù)。諸如溫度、壓力和半導(dǎo)體襯底的類型等因素影響外延生長(zhǎng)。通常,外延層的密度隨著上述因素而變化。外延層生長(zhǎng)的速度稱為外延速率。
如果外延生長(zhǎng)在適當(dāng)?shù)奈恢煤腿∠?,生長(zhǎng)速率將很高,反之亦然。與外延層密度類似,外延速率也取決于物理因素,如溫度、壓力和襯底材料類型。
外延速率在高溫和低壓下增加。外延速率還取決于襯底結(jié)構(gòu)取向、反應(yīng)物的濃度和所采用的生長(zhǎng)技術(shù)。
外延工藝方法
外延工藝有幾種方法:液相外延、混合氣相外延、固相外延、原子層沉積、化學(xué)氣相沉積、分子束外延等。讓我們來比較兩種外延工藝:CVD和MBE。
化學(xué)氣相沉積 (CVD) | 分子束外延 (MBE) |
化學(xué)過程 | 物理過程 |
涉及氣體前體在生長(zhǎng)室或反應(yīng)器中與加熱的襯底相遇時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng) | 待沉積的材料在真空條件下加熱 |
對(duì)薄膜生長(zhǎng)過程的精確控制 | 精確控制生長(zhǎng)層的厚度和成分 |
用于需要高質(zhì)量外延層的應(yīng)用 | 用于需要極細(xì)外延層的應(yīng)用 |
最常用的方法 | 較昂貴的方法 |
外延工藝在半導(dǎo)體制造中至關(guān)重要;它優(yōu)化了半導(dǎo)體器件和集成電路的性能。它是半導(dǎo)體器件制造中影響器件質(zhì)量、特性和電學(xué)性能的主要工藝之一。
原磊納米EPI設(shè)備
原磊納米自主研發(fā)的低溫選擇性外延平臺(tái),在制造、能耗和生產(chǎn)效率上取得一些列突破性創(chuàng)新成果,并成為全球第三種加熱燈管設(shè)計(jì)的外延設(shè)備。該設(shè)備可用于8/12英寸邏輯、存儲(chǔ)和外延片等硅基同質(zhì)、異質(zhì)外延生長(zhǎng)。設(shè)備的預(yù)真空腔采用雙層設(shè)計(jì),兼顧進(jìn)樣和冷卻功能;工藝腔體配置公司自主研發(fā)的前處理系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)更低襯底傷害下的高質(zhì)量表面處理;傳輸系統(tǒng)在對(duì)晶圓抓取、擺放、升降和溫控等進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化后,可實(shí)現(xiàn)鍺硅和硅外延工藝產(chǎn)能的大幅提升。該平臺(tái)總共可配置2個(gè)前處理和4個(gè)EPI工藝腔體,能完全滿足主流晶圓廠產(chǎn)能需求。
EPI M300 系列
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