シリコン(Si)エピタキシー作製技術

シリコン（SI）エピタキシー調製技術

エピタキシャル成長とは何ですか?

・単結晶材料だけでは、成長する各種半導体デバイスの生産ニーズに対応できません。 1959 年末には、薄い層が単結晶材料成長技術 - エピタキシャル成長が開発されました。

エピタキシャル成長とは、切断、研削、研磨などを一定の条件で丁寧に加工した単結晶基板上に、要求を満たす材料の層を成長させることです。成長した単一生成物層は基板格子の延長であるため、成長した材料層はエピタキシャル層と呼ばれます。

エピタキシャル層の特性による分類

·均質なエピタキシー：エピタキシャル層基板材料と同じであるため、材料の一貫性が維持され、高品質の製品構造と電気特性の実現に役立ちます。

·不均一なエピタキシー：エピタキシャル層基板の材質とは異なります。適切な基板を選択することで成長条件を最適化し、材料の応用範囲を拡大できますが、格子不整合や熱膨張差による課題を克服する必要があります。

デバイスの位置による分類

ポジティブエピタキシー: 結晶成長中に基板材料上にエピタキシャル層を形成することを指し、デバイスはエピタキシャル層上に作成されます。

逆エピタキシー：陽性のエピタキシーとは対照的に、デバイスは基板上に直接製造され、エピタキシャル層はデバイス構造に形成されます。

用途の違い: 半導体製造における 2 つの用途は、必要な材料特性とデバイス設計要件によって異なり、それぞれが異なるプロセス フローと技術要件に適しています。

エピタキシャル成長法による分類

・直接エピタキシーとは、真空蒸着、スパッタリング、昇華など、加熱、電子衝撃、または外部電場を使用して成長材料原子に十分なエネルギーを獲得させ、基板表面に直接移動および堆積させてエピタキシャル成長を完了させる方法です。ただし、この方法には機器に関する厳しい要件があります。膜の抵抗率と厚さの再現性が低いため、シリコンエピタキシャル製造には使用されていません。

· 間接エピタキシーは、化学反応を利用して基板表面にエピタキシャル層を堆積および成長させることであり、広く化学蒸着 (CVD) と呼ばれます。しかし、CVD法で成長させた薄膜は必ずしも単一の製品とは限りません。したがって、厳密には単層膜を成長させるCVDのみがエピタキシャル成長となります。この方法は設備が簡単であり、エピタキシャル層のさまざまなパラメータの制御が容易であり、再現性が良好です。現在、シリコンのエピタキシャル成長は主にこの方法が用いられている。

その他のカテゴリー

・エピタキシャル材料の原子を基質に輸送する方法によれば、それは真空エピタキシー、気相エピタキシー、液相エピタキシー（LPE）などに分けることができます。

・相変化過程によれば、エピタキシーは次のように分類できます。気相エピタキシー, 液相エピタキシー、 そして固相エピタキシー.

エピタキシャルプロセスによって解決される問題

・シリコンエピタキシャル成長技術が始まったとき、シリコンの高周波と高出力のトランジスタの製造が困難に遭遇した時代でした。トランジスタの原理の観点から、高周波と高出力を得るには、コレクターの分解電圧が高く、シリーズ抵抗が小さくなければなりません。つまり、飽和電圧低下は小さくなければなりません。前者は、コレクター領域の材料の抵抗率を高くする必要がありますが、後者はコレクター領域材料の抵抗率を低くする必要があり、2つは矛盾しています。コレクター領域の材料の厚さを薄くすることで直列抵抗が低下すると、シリコンウェーハは薄すぎて壊れやすくなりません。材料の抵抗率が低下すると、最初の要件と矛盾します。エピタキシャル技術は、この困難をうまく解決しました。

解決：

・抵抗率が非常に低い基板上の高耐性エピタキシャル層を増やし、エピタキシャル層でデバイスを製造します。高耐性エピタキシャル層は、チューブの崩壊電圧が高いことを保証し、低耐性基質は基質の抵抗と飽和電圧低下を減らし、2つの間の矛盾を解決します。

さらに、蒸気相エピタキシー、液相エピタキシー、分子ビームエピタキシー、および1-Vファミリー、1-Vファミリー、およびGAAなどのその他の化合物半導体材料の金属有機化合物蒸気エピタキシーなどのエピタキシャル技術も大いに発生していますそして、ほとんどのマイクロ波の製造のための不可欠なプロセステクノロジーになりました光電子デバイス.

特に、分子線と分子線の応用に成功しました。金属有機蒸気超薄層、超格子、量子井戸、歪み超格子、および原子レベルの薄層エピタキシーでの相エピタキシーは、半導体研究の新しい分野である「バンドエンジニアリング」の発展の基礎を築きました。

エピタキシャル成長の特性

（1）高（低）エピタキシャル層は、低い（高）耐性基質でエピタキシルに増殖させることができます。

(2) N(P) エピタキシャル層を P(N) 基板上に成長させて、PN 接合を直接形成できます。拡散によって単一基板上に PN 接合を作成する場合、補償の問題はありません。

(3) マスク技術と組み合わせることで、指定された領域で選択的エピタキシャル成長を実行でき、特殊な構造を備えた集積回路やデバイスの製造条件を作り出すことができます。

（4）ドーピングの種類と濃度は、エピタキシャルの成長中に必要に応じて変更できます。濃度の変化は突然または徐々になる可能性があります。

(5) さまざまな成分を含む不均質、多層、多成分化合物の超薄層を成長させることができます。

（６）材料の融点以下の温度でエピタキシャル成長が可能である。成長速度は制御可能であり、原子スケールの厚さのエピタキシャル成長を達成できます。

エピタキシャル成長の要件

（1）明るい斑点、穴、霧の汚れ、スリップラインなどの表面欠陥がなく、表面は平らで明るくする必要があります

（2）良好な結晶の完全性、低脱臼、積み重ね断層密度。のためにシリコンエピタキシー、転位密度は1000/cm2未満でなければならず、積み重ね障害密度は10/cm2未満でなければならず、クロム酸エッチング溶液で腐食した後、表面は明るいままでなければなりません。

（3）エピタキシャル層のバックグラウンドの不純物濃度は低く、補償が少なくなるはずです。原材料の純度は高く、システムは十分に密閉され、環境がきれいである必要があり、外来層の不純物の統合を避けるために操作は厳格でなければなりません。

（4）不均一なエピタキシーの場合、エピタキシャル層と基質の組成は突然変化するはずです（ゆっくりと組成の変化の要件を除く）、およびエピタキシャル層と基質の間の組成の相互拡散を最小限に抑える必要があります。

（５）エピタキシャル層が要件を満たす均一な抵抗率を有するように、ドーピング濃度は厳密に制御され、均一に分布されなければならない。の抵抗率が必要です。エピタキシャルウェーハ同じ炉の異なる炉で栽培されているのは一貫しているはずです。

（6）エピタキシャル層の厚さは、均一性と再現性が良好で、要件を満たす必要があります。

（7）埋もれた層の基板上のエピタキシャル成長の後、埋もれた層パターンの歪みは非常に小さい。

(8) デバイスの大量生産を容易にし、コストを削減するために、エピタキシャルウェーハの直径はできるだけ大きくする必要があります。

（9）の熱安定性化合物半導体エピタキシャル層ヘテロ接合エピタキシーは優れています。