半導体エピタキシープロセスとは何ですか?

完全な結晶ベース層上に集積回路や半導体デバイスを構築するのが理想的です。のエピタキシー半導体製造における（エピ）プロセスは、単結晶基板上に通常約 0.5 ～ 20 ミクロンの微細な単結晶層を堆積することを目的としています。エピタキシープロセスは、半導体デバイスの製造、特にシリコンウェーハの製造において重要なステップです。

半導体製造におけるエピタキシー（EPI）プロセス

半導体製造におけるエピタキシーの概要

半導体製造におけるエピタキシー (エピ) プロセスでは、結晶基板上に薄い結晶層を所定の配向で成長させることができます。

目標半導体製造の目標エピタキシープロセスの目標は、電子をデバイスを介してより効率的に輸送することです。半導体デバイスの構造では、エピタキシー層が含まれており、構造を均一にして均一にします。

プロセスエピタキシーこのプロセスにより、同じ材料の基板上に高純度のエピタキシャル層を成長させることができます。ヘテロ接合バイポーラ トランジスタ (HBT) や金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ (MOSFET) などの一部の半導体材料では、基板とは異なる材料の層を成長させるためにエピタキシー プロセスが使用されます。高ドープ材料の層上に低濃度ドープ層を成長させることを可能にするのは、エピタキシープロセスです。

半導体製造におけるエピタキシープロセスの概要

それが半導体製造におけるエピタキシー（EPI）プロセスとは、結晶基質の上の特定の方向で薄い結晶層の成長を可能にします。

半導体製造における目標、エピタキシープロセスの目標は、電子がデバイス内をより効率的に輸送されるようにすることです。半導体デバイスの構築では、構造を微細化して均一にするためにエピタキシー層が含まれます。

エピタキシープロセスにより、同じ材料の基質上のより高い純度エピタキシャル層の成長が可能になります。ヘテロ接合双極トランジスタ（HBT）または金属酸化物半導体フィールド効果トランジスタ（MOSFET）などの一部の半導体材料では、エピタキシープロセスを使用して、基質とは異なる材料の層を成長させます。これは、高度にドープされた材料の層に低密度のドープされた層を成長させることを可能にするエピタキシープロセスです。

半導体製造におけるエピタキシャルプロセスの種類

エピタキシャルプロセスでは、成長の方向は下にある基板の結晶によって決まります。堆積の繰り返しに応じて、1 つまたは複数のエピタキシャル層が存在する可能性があります。エピタキシャルプロセスを使用して、下にある基板と化学組成および構造が同じまたは異なる材料の薄層を形成できます。

2種類のEPIプロセス

特徴ホモエピタキシーヘテロエピタキシー

成長層 エピタキシャル成長層は基板層と同じ材料 エピタキシャル成長層は基板層とは異なる材料

結晶構造と格子 基板とエピタキシャル層の結晶構造と格子定数が同じ 基板とエピタキシャル層の結晶構造と格子定数が異なる

事例 シリコン基板上に高純度シリコンをエピタキシャル成長 シリコン基板上にガリウムヒ素をエピタキシャル成長

アプリケーション半導体デバイス構造異なるドーピングレベルの層または純粋な基板上の純粋なフィルムを必要とする半導体デバイス構造は、異なる材料の層または単結晶として得られない材料の結晶膜を構築する必要があります

2 種類のエピ プロセス

特性ホモエピタキシーヘテロエピタキシー

成長層 エピタキシャル成長層は基板層と同じ材料 エピタキシャル成長層は基板層とは異なる材料

結晶構造と格子基質とエピタキシャル層の結晶構造と格子定数は同じです。基質の結晶構造と格子定数は異なります

事例 シリコン基板上への高純度シリコンのエピタキシャル成長 シリコン基板上へのガリウムヒ素のエピタキシャル成長

アプリケーション 異なるドーピングレベルの層または純度の低い基板上の純度の高い膜を必要とする半導体デバイス構造 異なる材料の層を必要とする半導体デバイス構造、または単結晶として入手できない材料の結晶膜を構築する

半導体製造におけるエピタキシャルプロセスに影響する要因

要因の説明

温度 エピタキシャル速度とエピタキシャル層密度に影響します。エピタキシープロセスに必要な温度は室温よりも高く、その値はエピタキシーの種類によって異なります。

圧力はエピタキシー速度とエピタキシャル層密度に影響します。

エピタキシーの欠陥の欠陥は、欠陥のあるウェーハにつながります。エピタキシープロセスに必要な物理的条件は、欠陥のないエピタキシャル層の成長に維持する必要があります。

望ましい位置エピタキシープロセスは、結晶の正しい位置で成長する必要があります。プロセス中に成長が望まれない地域は、成長を防ぐために適切にコーティングする必要があります。

セルフドーピング エピタキシープロセスは高温で実行されるため、ドーパント原子が材料に変化を引き起こす可能性があります。

要因の説明

温度はエピタキシャル速度とエピタキシャル層の密度に影響します。エピタキシャルプロセスに必要な温度は室温よりも高く、その値はエピタキシャルの種類によって異なります。

圧力はエピタキシー速度とエピタキシャル層密度に影響します。

欠陥 エピタキシーの欠陥はウェーハの欠陥につながります。エピタキシャルプロセスに必要な物理的条件は、欠陥のないエピタキシャル層の成長のために維持される必要があります。

望ましい場所エピタキシープロセスは、クリスタルの適切な場所で成長する必要があります。このプロセス中に成長が望まれない地域は、成長を防ぐために適切にコーティングする必要があります。

セルフドーピング エピタキシープロセスは高温で実行されるため、ドーパント原子が材料に変化を引き起こす可能性があります。

エピタキシャル密度と速度

エピタキシャル成長の密度は、エピタキシャル成長層内の材料の単位体積あたりの原子の数です。温度、圧力、半導体基板の種類などの要因がエピタキシャル成長に影響します。一般に、エピタキシャル層の密度は上記の要因によって変化します。エピタキシャル層が成長する速度はエピタキシャル速度と呼ばれます。

エピタキシーが適切な場所と方向で成長した場合、成長率は高く、逆も同様です。エピタキシャル層密度と同様に、エピタキシー速度は温度、圧力、基質材料の種類などの物理的要因にも依存します。

エピタキシャル速度は、高温と低圧で増加します。エピタキシー速度は、基質構造の向き、反応物の濃度、および使用される成長技術にも依存します。

エピタキシープロセス方法

いくつかのエピタキシー方法があります：液相エピタキシー（LPE）、ハイブリッド蒸気相エピタキシー、固相エピタキシー、原子層の堆積, 化学蒸気堆積, 分子ビームエピタキシー2 つのエピタキシー プロセス、CVD と MBE を比較してみましょう。

化学蒸気沈着（CVD）分子ビームエピタキシー（MBE）

化学プロセス物理プロセス

ガス前駆体が成長チャンバーまたは原子炉で加熱された基板を満たしたときに発生する化学反応を含む。堆積する材料は真空条件下で加熱されます

膜成長プロセスの正確な制御 成長層の厚さと組成の正確な制御

高品質のエピタキシャル層が必要なアプリケーション向け 極めて微細なエピタキシャル層が必要なアプリケーション向け

最も一般的に使用される方法より高価な方法

化学プロセス 物理プロセス

ガス前駆体が成長チャンバーまたはリアクター内で加熱された基板と接触するときに起こる化学反応が含まれます。 堆積される材料は真空条件下で加熱されます。

薄膜成長プロセスの正確な制御 成長層の厚さと組成の正確な制御

高品質のエピタキシャル層が必要な用途に使用 極めて微細なエピタキシャル層が必要な用途に使用

最も一般的に使用される方法 より高価な方法

エピタキシープロセスは半導体製造において重要です。パフォーマンスを最適化します

半導体デバイスと統合回路。これは、デバイスの品質、特性、および電気性能に影響を与える半導体デバイス製造の主要なプロセスの1つです。