Đang tải... (xem toàn văn)
bài giảng công nghệ epitaxy
CÔNG NGHỆ VI ĐIỆN TỬ Chương 3: Epitaxy Mục tiêu • Hai loại epitaxy • Mô tả được ứng dụng của màng epitaxy • Giải thích được các kỹ thuật để tạo ra lớp màng mỏng epitaxy • Mô tả được cấu trúc cũng như các sai hỏng của màng mỏng epitaxy Mở đầu • Epitaxy có nguồn gốc từ tiếng Hy lạp cổ: – Epi: upon (ở trên) – Taxis: ordered (có trật tự) • Epitaxial growth: Tạo lên trên bề mặt vật liệu (đế) một hay nhiều lớp đơn tinh thể vật liệu mới có độ dẫn, loại hạt dẫn xác định, có cấu trúc và hướng tinh thể nối tiếp cấu trúc vật liệu đế. • Hai loại epitaxy: 1. Đồng thể (Homoepitaxy) –cả đơn tinh thể đế và màng mỏng epitaxy tạo thành đều cùng loại vật liệu. Ví dụ như tạo màng đơn tinh thể Si trên đế Si 2. Dị thể (Heteroepitaxy) – màng epitaxy chế tạo trên đế là các vật liệu khác với vật liệu tạo màng cả về hướng cũng như cấu trúc mạng. Ví dụ tạo màng Si(001) cấu trúc kim cương trên đế Sapphire. • Màng epitaxy trong cấu trúc đồng thể có chất lượng cao hơn nhưng vẫn có sự khác biệt về thành phần hóa học và nồng độ tạp giữa màng và đế. • Khó tạo màng dị thể có chất lượng cao do sự khác biệt về hằng số mạng và hướng tinh thể giữa màng và đế sẽ là nguyên nhân tạo nên các sai hỏng điểm và biến dạng tinh thể. • Điều kiện thuận lợi nhất để nguyên tử có sự sắp xếp trên mạng tinh thể là năng lượng tự do của nó phải nhỏ nhất. Do đó yêu cầu của vật liệu đế và vật liệu tạo màng epitaxy phải thỏa mãn các điều kiện sau: Mở đầu Epitaxial and polysilicon film growth Film deposited on a <111> oriented wafer <111> orientation The presence of SiO 2 Layer cause depositing atoms have no structurepolysilicon Ứng dụng của màng epitaxy 1. Cải thiện hoạt động của linh kiện như transistor lưỡng cực: - Tạo lớp Si-n-epitaxy được pha tạp nhẹ trên đế Si pha tạp mạnh nhằm tăng điện áp đánh thủng và tăng tốc độ làm việc của linh kiện. 2. Mạch tích hợp 3. Linh kiện MOS 4. Chế tạo đèn LED: Một lớp n-GaAs được chế tạo trên đế p- GaAs 5. Các thiết bị rời rạc Thiết bị rời rạc • Thay đổi công nghệ: transistors chuyển tiếp cấu trúc khuếch tán phẳng – Yêu cầu cấu trúc vật liệu mà không đạt được bằng cách khuếch tán tạp chất từ bề mặt. • Màng mỏng epitaxy Si được phát triển để nâng cao các tính chất điện của linh kiện transistor lưỡng cực. • Breakdown voltage of the discrete transistor was limited by the field avalanche breakdown of the substrate material – Use higher resistivity substrates produced higher breakdown voltages but increased collector series resistance Thiết bị rời rạc • Structure needed: thin, lightly doped and single crystal layer of high perfection upon more heavily doped Si substrate - But, the use of a more heavily doped substrate reduces the collector series resistance while the base-collector breakdown voltage is governed by the lighter doping in the near surface region • Epitaxial deposition of a lightly doped P + epitaxial layer on a N + substrate make the desired properties are achievable • Epitaxial grows also allows accurate control of doping levels and advantages which arises from a generally low oxygen and carbon levels in epitaxial layer • Epitaxial technique was developed to 2 and 3 layers epitaxial structure – For lightly doped area of collector – Based region was also grown epitaxially • E.g. of multilayer structures: Si-Controlled Rectifier (SCR), Triac, high voltage or high power discrete products Mesa discrete transistor fabricated in an epitaxial layer on a heavily doped N+ substrate