Kemiallinen höyrypinnoitus

Epitaksiaalinen kasvatus, jota usein kutsutaan myös epitaksiaksi, on yksi tärkeimmistä prosesseista puolijohdemateriaalien ja -laitteiden valmistuksessa. Niin kutsuttu epitaksiaalinen kasvatus tapahtuu tietyissä olosuhteissa yksittäiskristallisubstraatin kerroksen päällä yksittäisen tuotteen kalvon kasvatusprosessissa. Yksikiteisen kalvon kasvatusprosessia kutsutaan epitaksiaalikerroksen epitaksiaaliteknologiaksi. 1960-luvun alussa piisokidien ohutkalvotutkimuksen pohjalta lähes puoli vuosisataa sitten kehitettiin erilaisia ​​puolijohdekalvoja tietyissä epitaksiaalikasvuolosuhteissa. Epitaksiaaliteknologia on ratkaissut monia puolijohde-erilliskomponenttien ja integroitujen piirien ongelmia ja parantanut huomattavasti laitteen suorituskykyä. Epitaksiaalikalvon paksuutta ja dopingominaisuuksia voidaan hallita tarkemmin, mikä on johtanut puolijohde-integroitujen piirien nopeaan kehitykseen täydellisemmälle tasolle. Piisokiteitä voidaan viipaloida, hioa, kiillottaa ja muilla käsittelytekniikoilla, jolloin saadaan kiillotettu levy, josta voidaan valmistaa erilliskomponentteja ja integroituja piirejä. Mutta monissa tapauksissa tätä kiillotettua levyä käytetään vain substraatin mekaanisena tukena, jolloin on ensin kasvatettava kerros yksikiteistä kalvoa, jolla on sopiva johtavuus ja resistiivisyys, ja sitten valmistettava yksikiteinen kalvo erilliskomponenteilla tai integroiduilla piireillä. Tätä menetelmää käytetään esimerkiksi piisirujen korkeataajuisten suurtehotransistoreiden valmistuksessa, jolloin voidaan ratkaista läpilyöntijännitteen ja sarjaresistanssin välinen ristiriita. Transistorin kollektori vaatii korkean läpilyöntijännitteen, joka määräytyy piikiekon pn-liitoksen resistiivisyyden perusteella. Tämän vaatimuksen täyttämiseksi tarvitaan korkean resistanssin materiaaleja. Epitaksiaalisessa kerroksessa valmistetaan voimakkaasti seostettuja n-tyypin matalaresistanssisia materiaaleja, joiden paksuus on useita tai kymmeniä mikroneja paksu ja kevyesti seostettu korkearesistanssinen n-tyypin kerros. Tämä ratkaisee ristiriidan korkean läpilyöntijännitteen ja substraatin alhaisen resistiivisyyden vaatiman alhaisen kollektorisarjan resistanssin välillä.

Kaasufaasiepitaksiaalikasvatus on puolijohdealalla varhaisin sovellus kypsemmälle epitaksiaalikasvatusteknologialle, jolla on tärkeä rooli puolijohdetieteen kehityksessä ja joka edistää merkittävästi puolijohdemateriaalien ja -laitteiden laatua ja niiden suorituskyvyn parantamista. Tällä hetkellä puolijohdeyksikiteisten epitaksiaalikalvojen valmistus on tärkein kemiallisen höyrypinnoituksen menetelmä. Niin sanottu kemiallinen höyrypinnoitus tarkoittaa kaasumaisten aineiden käyttöä kiinteällä pinnalla kemiallisen reaktion aikana, jolloin muodostuu kiinteitä pinnoitteita. CVD-teknologialla voidaan kasvattaa korkealaatuisia yksikiteisiä kalvoja vaaditun dopingtyypin ja epitaksiaalipaksuuden saavuttamiseksi. Tämä on helppo toteuttaa massatuotannossa, ja siksi sitä on käytetty laajalti teollisuudessa. Teollisuudessa CVD:llä valmistetuissa epitaksiaalikiekoissa on usein yksi tai useampi haudattu kerros, joita voidaan käyttää laitteen rakenteen ja dopingjakauman ohjaamiseen diffuusion tai ioni-istutuksen avulla. CVD-epitaksiaalikerroksen fysikaaliset ominaisuudet poikkeavat massamateriaalin fysikaalisista ominaisuuksista, ja epitaksiaalikerroksen happi- ja hiilipitoisuus on yleensä hyvin alhainen, mikä on sen etu. CVD-epitaksiaalikerros on kuitenkin helppo muodostaa itsedopingilla, joten käytännön sovelluksissa on ryhdyttävä tiettyihin toimenpiteisiin itsedopingin epitaksiaalikerroksen vähentämiseksi. CVD-teknologia on vielä joissakin empiirisen prosessitilan osa-alueissa, ja sen kehittäminen vaatii perusteellisempaa tutkimusta.

CVD-kasvumekanismi on hyvin monimutkainen. Kemiallinen reaktio sisältää yleensä useita komponentteja ja aineita, ja se voi tuottaa useita välituotteita. On monia riippumattomia muuttujia, kuten lämpötila, paine, kaasun virtausnopeus jne. Epitaksiaalisessa prosessissa on useita peräkkäisiä edestakaisin eteneviä vaiheita, jotka kehittyvät ja paranevat toisiaan kohti. Epitaksiaalisessa prosessissa on monia peräkkäisiä, toisiaan laajentavia ja täydentäviä vaiheita. CVD-epitaksiaalisen kasvun prosessin ja mekanismin analysoimiseksi on ensin selvitettävä reaktiivisten aineiden liukoisuus kaasufaasiin, eri kaasujen tasapaino-osapaine, selkeät kineettiset ja termodynaamiset prosessit. Sitten on ymmärrettävä reaktiivisten kaasujen massakuljetus kaasufaasista substraatin pinnalle, kaasuvirran ja substraatin pinnan rajakerroksen muodostuminen, ytimen kasvu sekä pintareaktio, diffuusio ja migraatio, ja siten lopulta halutun kalvon muodostuminen. CVD-kasvuprosessissa reaktorin kehityksellä ja edistymisellä on ratkaiseva rooli, mikä määrää suurelta osin epitaksiaalisen kerroksen laadun. Epitaksiaalikerroksen pinnan morfologia, hilavirheet, epäpuhtauksien jakautuminen ja hallinta, epitaksiaalikerroksen paksuus ja tasaisuus vaikuttavat suoraan laitteen suorituskykyyn ja saantoon.

–Tämä artikkeli on julkaistutyhjiöpinnoituskoneiden valmistajaGuangdong Zhenhua