सेमीकंडक्टर एपिटॅक्सी प्रक्रिया म्हणजे काय?

एका परिपूर्ण क्रिस्टलीय बेस लेयरवर इंटिग्रेटेड सर्किट्स किंवा सेमीकंडक्टर उपकरणे तयार करणे आदर्श आहे. दएपिटॅक्सीसेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमधील (epi) प्रक्रियेचा उद्देश एकल-क्रिस्टलाइन सब्सट्रेटवर, साधारणतः 0.5 ते 20 मायक्रॉन, एक बारीक सिंगल-क्रिस्टलाइन थर जमा करणे आहे. सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या निर्मितीमध्ये विशेषत: सिलिकॉन वेफर उत्पादनामध्ये एपिटॅक्सी प्रक्रिया ही एक महत्त्वाची पायरी आहे.

सेमीकंडक्टर उत्पादनात एपिटॅक्सी (एपीआय) प्रक्रिया

सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमधील एपिटॅक्सीचे विहंगावलोकन

ते काय आहे सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमधील एपिटॅक्सी (एपीआय) प्रक्रियेमुळे स्फटिकाच्या थराच्या वर दिलेल्या अभिमुखतेमध्ये पातळ स्फटिकाचा थर वाढू शकतो.

ध्येय सेमीकंडक्टर उत्पादनामध्ये, उपकरणाद्वारे इलेक्ट्रॉनची वाहतूक अधिक कार्यक्षमतेने करणे हे एपिटॅक्सी प्रक्रियेचे लक्ष्य आहे. सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या बांधकामामध्ये, रचना एकसमान करण्यासाठी आणि परिष्कृत करण्यासाठी एपिटॅक्सी स्तर समाविष्ट केले जातात.

प्रक्रिया दएपिटॅक्सीप्रक्रिया समान सामग्रीच्या सब्सट्रेटवर उच्च शुद्धतेच्या एपिटॅक्सियल स्तरांच्या वाढीस अनुमती देते. हेटरोजंक्शन बायपोलर ट्रान्झिस्टर (HBTs) किंवा मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रान्झिस्टर (MOSFETs) सारख्या काही सेमीकंडक्टर सामग्रीमध्ये, एपिटॅक्सी प्रक्रियेचा वापर सब्सट्रेटपेक्षा भिन्न सामग्रीचा थर वाढवण्यासाठी केला जातो. ही एपिटॅक्सी प्रक्रिया आहे ज्यामुळे उच्च डोप केलेल्या सामग्रीच्या थरावर कमी घनतेचा डोपड थर वाढणे शक्य होते.

सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमधील एपिटॅक्सी प्रक्रियेचे विहंगावलोकन

ते काय आहे सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमधील एपिटॅक्सी (एपीआय) प्रक्रियेमुळे स्फटिकाच्या थराच्या वर दिलेल्या अभिमुखतेमध्ये पातळ क्रिस्टलीय थर वाढू शकतो.

सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमधील उद्दिष्ट, एपिटॅक्सी प्रक्रियेचे उद्दिष्ट हे आहे की यंत्राद्वारे इलेक्ट्रॉनची वाहतूक अधिक कार्यक्षमतेने करणे. सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या बांधकामामध्ये, रचना एकसमान करण्यासाठी आणि परिष्कृत करण्यासाठी एपिटॅक्सी स्तर समाविष्ट केले जातात.

एपिटॅक्सी प्रक्रिया समान सामग्रीच्या सब्सट्रेटवर उच्च शुद्धतेच्या एपिटॅक्सियल स्तरांच्या वाढीस अनुमती देते. हेटरोजंक्शन बायपोलर ट्रान्झिस्टर (HBTs) किंवा मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रान्झिस्टर (MOSFETs) सारख्या काही सेमीकंडक्टर सामग्रीमध्ये, एपिटॅक्सी प्रक्रियेचा वापर सब्सट्रेटपेक्षा भिन्न सामग्रीचा थर वाढवण्यासाठी केला जातो. ही एपिटॅक्सी प्रक्रिया आहे जी अत्यंत डोप केलेल्या सामग्रीच्या थरावर कमी-घनतेचा डोपड थर वाढवणे शक्य करते.

सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमधील एपिटॅक्सियल प्रक्रियेचे प्रकार

एपिटॅक्सियल प्रक्रियेत, वाढीची दिशा अंतर्निहित सब्सट्रेट क्रिस्टलद्वारे निर्धारित केली जाते. डिपॉझिशनच्या पुनरावृत्तीवर अवलंबून, एक किंवा अधिक एपिटॅक्सियल स्तर असू शकतात. एपिटॅक्सियल प्रक्रियांचा वापर सामग्रीचे पातळ थर तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो जो अंतर्निहित सब्सट्रेटपासून रासायनिक रचना आणि संरचनेत समान किंवा भिन्न आहे.

दोन प्रकारच्या Epi प्रक्रिया

वैशिष्ट्येHomoepitaxy Heteroएपिटॅक्सी

ग्रोथ लेयर एपिटॅक्सियल ग्रोथ लेयर ही सब्सट्रेट लेयर सारखीच सामग्री आहे एपिटॅक्सियल ग्रोथ लेयर ही सब्सट्रेट लेयरपेक्षा वेगळी सामग्री आहे

स्फटिक रचना आणि जाळी स्फटिक रचना आणि सब्सट्रेट आणि एपिटॅक्सियल लेयरची जाळी स्थिरांक समान आहेत स्फटिक रचना आणि थर आणि एपिटॅक्सियल लेयरची जाळी स्थिरांक भिन्न आहेत

उदाहरणे सिलिकॉन सब्सट्रेटवरील उच्च-शुद्धता सिलिकॉनची एपिटॅक्सियल वाढ सिलिकॉन सब्सट्रेटवर गॅलियम आर्सेनाइडची एपिटॅक्सियल वाढ

ॲप्लिकेशन्स सेमीकंडक्टर डिव्हाईस स्ट्रक्चर्स ज्यांना वेगवेगळ्या डोपिंग लेव्हल्सच्या लेयर्सची आवश्यकता असते किंवा कमी शुद्ध सब्सट्रेट्सवर शुद्ध फिल्म्स आवश्यक असतात सेमीकंडक्टर डिव्हाईस स्ट्रक्चर्स ज्यासाठी वेगवेगळ्या सामग्रीचे स्तर आवश्यक असतात किंवा एकल क्रिस्टल्स म्हणून मिळू शकत नाहीत अशा सामग्रीच्या क्रिस्टलीय फिल्म्स तयार करणे

Epi प्रक्रियांचे दोन प्रकार

वैशिष्ट्ये Homoepitaxy Heteroएपिटॅक्सी

ग्रोथ लेयर एपिटॅक्सियल ग्रोथ लेयर ही सब्सट्रेट लेयर सारखीच सामग्री आहे एपिटॅक्सियल ग्रोथ लेयर ही सब्सट्रेट लेयरपेक्षा वेगळी सामग्री आहे

क्रिस्टल स्ट्रक्चर आणि जाळी सब्सट्रेट आणि एपिटॅक्सियल लेयरची क्रिस्टल स्ट्रक्चर आणि जाळी स्थिरांक एकच आहेत क्रिस्टल स्ट्रक्चर आणि सब्सट्रेट आणि एपिटॅक्सियल लेयरची जाळी स्थिरांक भिन्न आहेत

उदाहरणे सिलिकॉन सब्सट्रेटवर उच्च शुद्धता असलेल्या सिलिकॉनची एपिटॅक्सियल वाढ सिलिकॉन सब्सट्रेटवर गॅलियम आर्सेनाइडची एपिटॅक्सियल वाढ

ॲप्लिकेशन्स सेमीकंडक्टर डिव्हाईस स्ट्रक्चर्स ज्यांना वेगवेगळ्या डोपिंग लेव्हल्सच्या लेयर्सची गरज असते किंवा कमी शुद्ध सब्सट्रेट्सवर शुद्ध फिल्म्स आवश्यक असतात सेमीकंडक्टर डिव्हाईस स्ट्रक्चर्स ज्यांना वेगवेगळ्या सामग्रीचे थर आवश्यक असतात किंवा एकल क्रिस्टल्स म्हणून मिळू शकत नाहीत अशा सामग्रीच्या क्रिस्टलीय फिल्म्स तयार करतात

सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमधील एपिटॅक्सियल प्रक्रियांवर परिणाम करणारे घटक

घटकांचे वर्णन

तापमान एपिटॅक्सी रेट आणि एपिटॅक्सियल लेयर घनता प्रभावित करते. एपिटॅक्सी प्रक्रियेसाठी आवश्यक तापमान खोलीच्या तापमानापेक्षा जास्त असते आणि मूल्य एपिटॅक्सीच्या प्रकारावर अवलंबून असते.

दाब एपिटॅक्सी रेट आणि एपिटॅक्सियल लेयर घनता प्रभावित करते.

दोष एपिटॅक्सीमधील दोष दोषपूर्ण वेफर्सकडे नेतात. एपिटॅक्सी प्रक्रियेसाठी आवश्यक भौतिक परिस्थिती दोषमुक्त एपिटॅक्सियल लेयरच्या वाढीसाठी राखली पाहिजे.

इच्छित स्थिती क्रिस्टलच्या योग्य स्थितीवर एपिटॅक्सी प्रक्रिया वाढली पाहिजे. प्रक्रियेदरम्यान ज्या भागात वाढ नको असते त्या भागांची वाढ रोखण्यासाठी योग्य प्रकारे लेप लावावा.

सेल्फ-डोपिंग एपिटॅक्सी प्रक्रिया उच्च तापमानात केली जात असल्याने, डोपंट अणू सामग्रीमध्ये बदल घडवून आणण्यास सक्षम असू शकतात.

घटक वर्णन

तापमान एपिटॅक्सी रेट आणि एपिटॅक्सियल लेयरची घनता प्रभावित करते. एपिटॅक्सियल प्रक्रियेसाठी आवश्यक तापमान खोलीच्या तापमानापेक्षा जास्त असते आणि मूल्य एपिटॅक्सीच्या प्रकारावर अवलंबून असते.

दाब एपिटॅक्सी रेट आणि एपिटॅक्सियल लेयर घनता प्रभावित करते.

दोष एपिटॅक्सीमधील दोष दोषपूर्ण वेफर्सकडे नेतात. एपिटॅक्सी प्रक्रियेसाठी आवश्यक असलेली शारीरिक परिस्थिती दोषमुक्त एपिटॅक्सियल लेयरच्या वाढीसाठी राखली पाहिजे.

इच्छित स्थान क्रिस्टलच्या योग्य स्थानावर एपिटॅक्सी प्रक्रिया वाढली पाहिजे. या प्रक्रियेदरम्यान ज्या भागात वाढ नको असते अशा भागांची वाढ रोखण्यासाठी योग्य प्रकारे लेप लावावा.

सेल्फ-डोपिंग एपिटॅक्सी प्रक्रिया उच्च तापमानात केली जात असल्याने, डोपंट अणू सामग्रीमध्ये बदल घडवून आणण्यास सक्षम असू शकतात.

एपिटॅक्सियल घनता आणि दर

एपिटॅक्सियल ग्रोथची घनता म्हणजे एपिटॅक्सियल ग्रोथ लेयरमधील सामग्रीच्या प्रति युनिट व्हॉल्यूम अणूंची संख्या. तापमान, दाब आणि सेमीकंडक्टर सब्सट्रेटचा प्रकार यासारखे घटक एपिटॅक्सियल वाढीवर परिणाम करतात. साधारणपणे, एपिटॅक्सियल लेयरची घनता वरील घटकांनुसार बदलते. एपिटॅक्सियल लेयर ज्या वेगाने वाढतो त्याला एपिटॅक्सी रेट म्हणतात.

जर एपिटॅक्सी योग्य ठिकाणी आणि अभिमुखतेमध्ये वाढली असेल तर वाढीचा दर जास्त असेल आणि उलट. एपिटॅक्सियल लेयरच्या घनतेप्रमाणेच, एपिटॅक्सी रेट देखील तापमान, दाब आणि सब्सट्रेट सामग्री प्रकार यासारख्या भौतिक घटकांवर अवलंबून असतो.

उच्च तापमान आणि कमी दाबांवर एपिटॅक्सियल रेट वाढतो. एपिटॅक्सी रेट सब्सट्रेट संरचना अभिमुखता, अभिक्रियाकांचे एकाग्रता आणि वापरलेल्या वाढीच्या तंत्रावर देखील अवलंबून असते.

एपिटॅक्सी प्रक्रिया पद्धती

अनेक एपिटॅक्सी पद्धती आहेत:लिक्विड फेज एपिटॅक्सी (एलपीई), संकरित वाफ फेज एपिटॅक्सी, सॉलिड फेज एपिटॅक्सी,अणू थर जमा करणे, रासायनिक बाष्प जमा करणे, आण्विक बीम एपिटॅक्सी, इ. दोन एपिटॅक्सी प्रक्रियांची तुलना करूया: CVD आणि MBE.

रासायनिक वाष्प संचय (CVD) आण्विक बीम एपिटॅक्सी (MBE)

रासायनिक प्रक्रिया भौतिक प्रक्रिया

एक रासायनिक अभिक्रिया समाविष्ट असते जी जेव्हा गॅस पूर्ववर्ती ग्रोथ चेंबर किंवा अणुभट्टीमध्ये गरम झालेल्या सब्सट्रेटला भेटते तेव्हा उद्भवते. जमा केलेली सामग्री व्हॅक्यूम परिस्थितीत गरम केली जाते

चित्रपटाच्या वाढीच्या प्रक्रियेचे अचूक नियंत्रण वाढलेल्या थराची जाडी आणि रचना यांचे अचूक नियंत्रण

ज्या अनुप्रयोगांसाठी उच्च-गुणवत्तेच्या एपिटॅक्सियल स्तरांची आवश्यकता असते अशा अनुप्रयोगांसाठी ज्यांना अत्यंत बारीक एपिटॅक्सियल स्तर आवश्यक असतात

सर्वात सामान्यपणे वापरली जाणारी पद्धत अधिक महाग पद्धत

रासायनिक प्रक्रिया भौतिक प्रक्रिया

एक रासायनिक अभिक्रिया समाविष्ट असते जी जेव्हा गॅस पूर्ववर्ती ग्रोथ चेंबर किंवा अणुभट्टीमध्ये गरम झालेल्या सब्सट्रेटला भेटते तेव्हा उद्भवते. जमा केलेली सामग्री व्हॅक्यूम परिस्थितीत गरम केली जाते

पातळ फिल्म वाढीच्या प्रक्रियेचे अचूक नियंत्रण वाढलेल्या थराची जाडी आणि रचना यांचे अचूक नियंत्रण

उच्च-गुणवत्तेच्या एपिटॅक्सियल लेयर्सची आवश्यकता असलेल्या ॲप्लिकेशन्समध्ये वापरले जाते ज्यांना अत्यंत बारीक एपिटॅक्सियल लेयर आवश्यक असतात

सर्वात सामान्यपणे वापरली जाणारी पद्धत अधिक महाग पद्धत

सेमीकंडक्टर उत्पादनामध्ये एपिटॅक्सी प्रक्रिया महत्त्वपूर्ण आहे; च्या कामगिरीला अनुकूल करते

सेमीकंडक्टर उपकरणे आणि एकात्मिक सर्किट्स. सेमीकंडक्टर उपकरण निर्मितीमधील ही एक मुख्य प्रक्रिया आहे जी उपकरणाची गुणवत्ता, वैशिष्ट्ये आणि विद्युत कार्यक्षमतेवर परिणाम करते.