सिलिकॉन एपिटॅक्सची वैशिष्ट्ये

सिलिकॉन एपिटॅक्सीआधुनिक सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये एक महत्त्वपूर्ण मूलभूत प्रक्रिया आहे. हे विशिष्ट क्रिस्टल स्ट्रक्चर, जाडी, डोपिंग एकाग्रता आणि तंतोतंत पॉलिश सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन सबस्ट्रेटवर टाइप असलेल्या सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन पातळ चित्रपटांचे एक किंवा अधिक थर वाढविण्याच्या प्रक्रियेस सूचित करते. या वाढलेल्या चित्रपटाला एपिटॅक्सियल लेयर (एपिटॅक्सियल लेयर किंवा ईपीआय लेयर) म्हणतात आणि एपिटॅक्सियल लेयरसह सिलिकॉन वेफरला एपिटॅक्सियल सिलिकॉन वेफर म्हणतात. त्याचे मूळ वैशिष्ट्य म्हणजे नवीन घेतले जाणारे एपिटॅक्सियल सिलिकॉन लेयर क्रिस्टलोग्राफीमध्ये सब्सट्रेट जाळीच्या संरचनेची सुरूवात आहे, सब्सट्रेट सारख्याच क्रिस्टल ओरिएंटेशनची देखभाल करते, एक परिपूर्ण सिंगल क्रिस्टल स्ट्रक्चर बनवते. हे एपिटॅक्सियल लेयरला तंतोतंत डिझाइन केलेले विद्युत गुणधर्म तयार करण्यास अनुमती देते जे सब्सट्रेटच्या तुलनेत भिन्न आहेत, अशा प्रकारे उच्च-कार्यक्षमता सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या निर्मितीसाठी आधार प्रदान करतात.

सिलिकॉन एपिटॅक्सीसाठी वर्कियल एपिटॅक्सियल स्यूससेप्टर

Ⅰ. सिलिकॉन एपिटॅक्सी म्हणजे काय?

1) व्याख्या: सिलिकॉन एपिटॅक्सी हे एक तंत्रज्ञान आहे जे सिलिकॉन अणू एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन सब्सट्रेटवर रासायनिक किंवा भौतिक पद्धतींनी जमा करते आणि नवीन सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन पातळ फिल्म वाढविण्यासाठी सब्सट्रेट जाळीच्या संरचनेनुसार त्यांची व्यवस्था करते.

2） जाळी जुळणारी: मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे एपिटॅक्सियल वाढीची सुव्यवस्था. जमा केलेल्या सिलिकॉन अणू यादृच्छिकपणे रचले जात नाहीत, परंतु सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर अणूंनी प्रदान केलेल्या "टेम्पलेट" च्या मार्गदर्शनाखाली सब्सट्रेटच्या क्रिस्टल ओरिएंटेशननुसार व्यवस्था केली जाते, ज्यामुळे अणु-स्तरीय अचूक प्रतिकृती प्राप्त होते. हे सुनिश्चित करते की एपिटॅक्सियल लेयर पॉलीक्रिस्टलिन किंवा अनाकारांऐवजी उच्च-गुणवत्तेचा एकल क्रिस्टल आहे.

3） कंट्रोलॅबिलिटी: सिलिकॉन एपिटॅक्सी प्रक्रिया वाढीच्या थराच्या जाडी (नॅनोमीटरपासून मायक्रोमीटरपर्यंत), डोपिंग प्रकार (एन-प्रकार किंवा पी-प्रकार) आणि डोपिंग एकाग्रतेचे अचूक नियंत्रण करण्यास अनुमती देते. हे समान सिलिकॉन वेफरवर भिन्न विद्युत गुणधर्म असलेल्या प्रदेशांना तयार करण्यास अनुमती देते, जे कॉम्प्लेक्स इंटिग्रेटेड सर्किट्स तयार करण्याची गुरुकिल्ली आहे.

4） इंटरफेस वैशिष्ट्ये: एपिटॅक्सियल लेयर आणि सब्सट्रेट दरम्यान एक इंटरफेस तयार होतो. तद्वतच, हा इंटरफेस अणु सपाट आणि दूषितपणा-मुक्त आहे. तथापि, इंटरफेसची गुणवत्ता एपिटॅक्सियल लेयरच्या कामगिरीसाठी गंभीर आहे आणि कोणतेही दोष किंवा दूषितपणामुळे डिव्हाइसच्या अंतिम कामगिरीवर परिणाम होऊ शकतो.

Ⅱ. सिलिकॉन एपिटॅक्सची तत्त्वे

सिलिकॉनची एपिटॅक्सियल वाढ मुख्यत: सिलिकॉन अणूंना सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर स्थलांतर करण्यासाठी आणि संयोजनासाठी सर्वात कमी उर्जा जाळीची स्थिती शोधण्यावर अवलंबून असते. सध्या सर्वात सामान्यपणे वापरले जाणारे तंत्रज्ञान म्हणजे केमिकल वाष्प जमा (सीव्हीडी).

रासायनिक वाष्प साठा (सीव्हीडी): सिलिकॉन एपिटॅक्सी साध्य करण्यासाठी ही मुख्य प्रवाहात पद्धत आहे. त्याची मूलभूत तत्त्वे आहेत:

● पूर्ववर्ती वाहतूक: सिलिकॉन घटक (पूर्ववर्ती), जसे की सिलेन (एसआयएच 4), डायक्लोरोसिलेन (एसआयएच 2 सीएल 2) किंवा ट्रायक्लोरोसिलेन (एसआयएचसीएल 3), आणि डोपंट गॅस (जसे की एन-टाइप डोपिंग आणि डायबोरेन बी 2 एच 6 पी-टायप डोपसाठी पी-टायपेनमध्ये मिसळलेले आहे.

● पृष्ठभागाची प्रतिक्रिया: उच्च तापमानात (सामान्यत: ° ०० डिग्री सेल्सियस ते १२०० डिग्री सेल्सियस दरम्यान), या वायूंनी तापलेल्या सिलिकॉन सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर रासायनिक विघटन किंवा प्रतिक्रिया दिली जाते. उदाहरणार्थ, एसआयएच 4 → एसआय (सॉलिड)+2 एच 2 (गॅस).

● पृष्ठभाग स्थलांतर आणि न्यूक्लियेशन: विघटन द्वारे तयार केलेले सिलिकॉन अणू सब्सट्रेट पृष्ठभागावर शोषले जातात आणि पृष्ठभागावर स्थलांतर करतात, अखेरीस एकत्रित करण्यासाठी योग्य जाळीची जागा शोधतात आणि एक नवीन एकल तयार करण्यास प्रारंभ करतातक्रिस्टल लेयर. एपिटॅक्सियल ग्रोथ सिलिकॉनची गुणवत्ता मुख्यत्वे या चरणातील नियंत्रणावर अवलंबून असते.

● स्तरित वाढ: नवीन जमा केलेले अणु थर सतत सब्सट्रेटच्या जाळीच्या संरचनेची पुनरावृत्ती करते, थरात थर वाढवते आणि विशिष्ट जाडीसह एपिटॅक्सियल सिलिकॉन थर बनवते.

की प्रक्रिया पॅरामीटर्स: सिलिकॉन एपिटॅक्सी प्रक्रियेची गुणवत्ता काटेकोरपणे नियंत्रित केली जाते आणि की पॅरामीटर्समध्ये हे समाविष्ट आहे:

● तापमान: प्रतिक्रिया दर, पृष्ठभाग गतिशीलता आणि दोष निर्मितीवर परिणाम होतो.

● दबाव: गॅस वाहतूक आणि प्रतिक्रिया मार्गावर परिणाम करते.

● गॅस प्रवाह आणि गुणोत्तर: वाढीचा दर आणि डोपिंग एकाग्रता निश्चित करते.

● सब्सट्रेट पृष्ठभाग स्वच्छता: कोणतेही दूषित घटक दोषांचे मूळ असू शकतात.

● इतर तंत्रज्ञान: सीव्हीडी हा मुख्य प्रवाहात असला तरी, आण्विक बीम एपिटॅक्सी (एमबीई) सारख्या तंत्रज्ञानाचा वापर सिलिकॉन एपिटॅक्सीसाठी देखील केला जाऊ शकतो, विशेषत: आर अँड डी किंवा विशेष अनुप्रयोगांमध्ये ज्यांना अत्यंत उच्च अचूक नियंत्रण आवश्यक आहे.एमबीई थेट सिलिकॉन स्त्रोतांना अल्ट्रा-हाय व्हॅक्यूम वातावरणात बाष्पीभवन करते आणि अणु किंवा आण्विक बीम थेट वाढीसाठी सब्सट्रेटवर प्रक्षेपित केले जातात.

Ⅲ. सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये सिलिकॉन एपिटॅक्सी तंत्रज्ञानाचे विशिष्ट अनुप्रयोग

सिलिकॉन एपिटॅक्सी तंत्रज्ञानाने सिलिकॉन सामग्रीच्या अनुप्रयोग श्रेणीचा मोठ्या प्रमाणात विस्तार केला आहे आणि बर्‍याच प्रगत सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या उत्पादनाचा एक अपरिहार्य भाग आहे.

● सीएमओएस तंत्रज्ञान: उच्च-कार्यक्षमता लॉजिक चिप्समध्ये (जसे की सीपीयू आणि जीपीयू), एक कमी-डोप्ड (पी− किंवा एन) एपिटॅक्सियल सिलिकॉन लेयर बर्‍याचदा जोरदार डोप्ड (पी+ किंवा एन+) सब्सट्रेटवर पिकविला जातो. ही एपिटॅक्सियल सिलिकॉन वेफर स्ट्रक्चर प्रभावीपणे लॅच-अप प्रभाव (लॅच-अप) दडपू शकते, डिव्हाइसची विश्वसनीयता सुधारू शकते आणि सब्सट्रेटचा कमी प्रतिकार राखू शकतो, जो सध्याच्या वहन आणि उष्णता अपव्ययासाठी अनुकूल आहे.

● द्विध्रुवीय ट्रान्झिस्टर (बीजेटी) आणि बीआयसीएमओएस: या उपकरणांमध्ये, सिलिकॉन एपिटॅक्सीचा वापर बेस किंवा कलेक्टर प्रदेशासारख्या रचना अचूकपणे तयार करण्यासाठी केला जातो आणि ट्रान्झिस्टरची वाढ, वेग आणि इतर वैशिष्ट्ये डोपिंग एकाग्रता आणि एपिटेक्सियल लेयरची जाडी नियंत्रित करून अनुकूलित केली जातात.

● प्रतिमा सेन्सर (सीआयएस): काही प्रतिमा सेन्सर अनुप्रयोगांमध्ये, एपिटॅक्सियल सिलिकॉन वेफर्स पिक्सेलचे विद्युत अलगाव सुधारू शकतात, क्रॉस्टल्क कमी करू शकतात आणि फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण कार्यक्षमतेस अनुकूलित करू शकतात. एपिटॅक्सियल लेयर एक क्लिनर आणि कमी सदोष सक्रिय क्षेत्र प्रदान करते.

● प्रगत प्रक्रिया नोड्स: डिव्हाइसचा आकार संकुचित होत जसजसा कमी होत आहे, तसतसे भौतिक गुणधर्मांची आवश्यकता जास्त आणि जास्त होत आहे. सिलिकॉन एपिटॅक्सी तंत्रज्ञान, निवडक एपिटॅक्सियल ग्रोथ (एसईजी) सह, वाहक गतिशीलता सुधारण्यासाठी आणि ट्रान्झिस्टरची गती वाढविण्यासाठी विशिष्ट भागात ताणलेल्या सिलिकॉन किंवा सिलिकॉन जर्मेनियम (एसआयजीई) एपिटॅक्सियल थर वाढविण्यासाठी वापरली जाते.

सिलिकॉन एपिटॅक्सीसाठी क्षैतिज एपिटॅक्सियल संवेदनशील

Ⅳ.सिलिकॉन एपिटॅक्सी तंत्रज्ञानाची समस्या आणि आव्हाने

जरी सिलिकॉन एपिटॅक्सी तंत्रज्ञान परिपक्व आणि व्यापकपणे वापरले गेले आहे, तरीही सिलिकॉन प्रक्रियेच्या एपिटॅक्सियल ग्रोथमध्ये अजूनही काही आव्हाने आणि समस्या आहेत:

● दोष नियंत्रण: स्टॅकिंग फॉल्ट्स, डिस्लोकेशन्स, स्लिप लाईन्स इत्यादी विविध क्रिस्टल दोष एपिटॅक्सियल वाढीदरम्यान तयार केल्या जाऊ शकतात. हे दोष विद्युत कार्यक्षमता, विश्वासार्हता आणि डिव्हाइसच्या उत्पन्नावर गंभीरपणे परिणाम करू शकतात. दोष नियंत्रित करण्यासाठी अत्यंत स्वच्छ वातावरण, ऑप्टिमाइझ्ड प्रक्रिया पॅरामीटर्स आणि उच्च-गुणवत्तेच्या सब्सट्रेट्सची आवश्यकता असते.

● एकसारखेपणा: मोठ्या आकाराच्या सिलिकॉन वेफर्सवर (जसे की 300 मिमी) एपिटॅक्सियल लेयर जाडी आणि डोपिंग एकाग्रतेची परिपूर्ण एकरता प्राप्त करणे हे एक चालू आव्हान आहे. समानता नसलेल्या समानतेमुळे समान वेफरवरील डिव्हाइस कामगिरीमध्ये फरक होऊ शकतो.

● ऑटोडॉपिंग: एपिटॅक्सियल ग्रोथ प्रक्रियेदरम्यान, सब्सट्रेटमधील उच्च-एकाग्रता डोपंट्स गॅस फेज प्रसार किंवा सॉलिड-स्टेट प्रसाराद्वारे वाढत्या एपिटॅक्सियल लेयरमध्ये प्रवेश करू शकतात, ज्यामुळे एपिटॅक्सियल लेयर डोपिंग एकाग्रता अपेक्षित मूल्यापासून विचलित होते, विशेषत: एपिटेक्सियल लेयर आणि सब्सट्रेट दरम्यानच्या इंटरफेसजवळ. सिलिकॉन एपिटॅक्सी प्रक्रियेमध्ये या गोष्टींकडे लक्ष देणे आवश्यक आहे.

● पृष्ठभाग मॉर्फोलॉजी: एपिटॅक्सियल लेयरची पृष्ठभाग अत्यंत सपाट राहिली पाहिजे आणि कोणतीही उग्रपणा किंवा पृष्ठभाग दोष (जसे की धुके) लिथोग्राफीसारख्या त्यानंतरच्या प्रक्रियेवर परिणाम करेल.

● किंमत: सामान्य पॉलिश सिलिकॉन वेफर्सच्या तुलनेत, एपिटॅक्सियल सिलिकॉन वेफर्सचे उत्पादन अतिरिक्त प्रक्रिया चरण आणि उपकरणे गुंतवणूक जोडते, परिणामी जास्त खर्च होतो.

● निवडक एपिटॅक्सीची आव्हाने: प्रगत प्रक्रियेत, निवडक एपिटॅक्सियल ग्रोथ (केवळ विशिष्ट भागात वाढ) प्रक्रियेच्या नियंत्रणावर जास्त मागणी ठेवते, जसे की वाढीचा दर निवडकता, बाजूकडील अतिवृद्धीचे नियंत्रण इ.

Ⅴ.निष्कर्ष

मुख्य सेमीकंडक्टर मटेरियल तयारी तंत्रज्ञान म्हणून, चे मुख्य वैशिष्ट्यसिलिकॉन एपिटॅक्सीसिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन सब्सट्रेट्सवरील विशिष्ट विद्युत आणि भौतिक गुणधर्मांसह उच्च-गुणवत्तेच्या सिंगल-क्रिस्टल एपिटॅक्सियल सिलिकॉन थर अचूकपणे वाढविण्याची क्षमता आहे. सिलिकॉन एपिटॅक्सी प्रक्रियेतील तापमान, दबाव आणि एअरफ्लो सारख्या पॅरामीटर्सच्या अचूक नियंत्रणाद्वारे, सीएमओ, पॉवर डिव्हाइस आणि सेन्सर सारख्या विविध सेमीकंडक्टर अनुप्रयोगांच्या गरजा भागविण्यासाठी थर जाडी आणि डोपिंग वितरण सानुकूलित केले जाऊ शकते.

तंत्रज्ञानाच्या सतत प्रगतीसह सिलिकॉनच्या एपिटॅक्सियल ग्रोथला दोष नियंत्रण, एकसमानता, स्वत: ची डोपिंग आणि खर्च यासारख्या आव्हानांचा सामना करावा लागला आहे, परंतु सिलिकॉन एपिटॅक्सी अद्याप सेमीकॉन्डक्टर उपकरणांच्या कार्यक्षमतेत सुधारणा आणि कार्यात्मक नाविन्यपूर्णतेसाठी मुख्य ड्रायव्हिंग फोर्सपैकी एक आहे आणि त्याचे स्थान एपिटॅक्सियल सिलिकॉन वेफर मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये अपरिवर्तनीय आहे.