EPIC

Ein EPIC ist eine integrierte Schaltung, die durch epitaktische Abscheidung hergestellt wird. Dabei werden einkristalline Halbleiterschichten atomar auf einem Substrat aufgewachsen. Anders als standardmäßige ICs, die durch Ätzen und Diffusion entstehen, werden EPICs durch das Aufbringen aufeinanderfolgender Schichten kontrollierter Zusammensetzung und Dicke direkt auf einen Basiswafer, üblicherweise Silizium, konstruiert. Diese von unten nach oben gerichtete Wachstumsmethode ermöglicht präzise Kontrolle über Dotierungsprofile und Schichtdicke bis in den Mikrometerbereich und besser, was EPICs für Hochfrequenz- und Hochleistungsanwendungen wertvoll machte, wo konventionelle Fertigungsverfahren an ihre Grenzen stießen.

Das epitaktische Wachstum erfolgt in einer Reaktorkammer, üblicherweise bei erhöhter Temperatur und unter sorgfältig kontrollierter Gasdurchströmung. Für Silizium-EPICs ist das häufigste Precursor-Gas Silan oder Dichlorsilangas; für Halbleiterverbindungen wie Galliumarsenid werden organometallische Dämpfe verwendet. Jede Schicht kann einen anderen Leitungstyp (n oder p) und unterschiedliche Dotierungskonzentration aufweisen, was dem Entwickler ermöglicht, eingebaute elektrische Felder und Übergänge innerhalb der kristallinen Matrix zu schaffen, statt diese durch Implantation oder Diffusionsschritte zu erzeugen. Das machte EPICs besonders geeignet für Leistungsbauelemente und HF-Schaltungen, bei denen scharfe Übergänge und niedriger Durchgangswiderstand kritisch waren.

EPICs blühten in den 1960er und 1970er Jahren für spezialisierte Anwendungen auf: Leistungsgleichrichter, Schottky-Dioden und HF-Verstärker. Unternehmen wie Varian und RCA stellten bemerkenswerte EPIC-Leistungsbauelemente her. Aber als Ionenimplantation und Photolithografie sich verbesserten, wurden konventionelle planare IC-Prozesse für die meisten Anwendungen konkurrenzfähig. Die EPIC-Fertigung war teuer und schwer zu skalieren, deshalb verschwand der Begriff ab den 1980er Jahren weitgehend aus dem kommerziellen Gebrauch. Epitaktische Techniken bleiben bis heute grundlegend für die Halbleiterproduktion (alle modernen Wafer beginnen mit epitaktischen Schichten), aber der Begriff EPIC selbst ist heute hauptsächlich historisch.

Die Stärke von EPICs lag in ihrer Fähigkeit, abrupte Dotierungsübergänge und dicke, niederohmige Schichten ohne Thermozyklen zu schaffen, die frühere Schichten beeinträchtigen würden. Bei Leistungshalbleitern bedeutete das niedrigeren Spannungsfall und bessere thermische Stabilität. Der Schwachpunkt war Prozesskomplexität, reduzierte Ausbeute und Schwierigkeiten bei der Integration von Logik- und Analogfunktionen auf einem Chip. Sobald die Lithografie Strukturen unterhalb eines Mikrometers prägen konnte, erreichte der einfachere planare Prozess ähnliche oder bessere Ergebnisse mit höherem Produktionsvolumen und niedrigeren Kosten.