Епітаксіальне зростання, яке часто також називають епітаксією, є одним з найважливіших процесів у виробництві напівпровідникових матеріалів та пристроїв. Так званий епітаксіальний ріст полягає в тому, що за певних умов на монокристалічній підкладці росте шар монокристалічної плівки. Ріст монокристалічної плівки називається епітаксіально-шаровою епітаксіальною технологією, яка була розроблена на початку 1960-х років у дослідженнях тонких плівок монокристалів кремнію. Майже півстоліття тому, завдяки розвитку цієї технології, люди змогли створити різноманітні напівпровідникові плівки за певних умов епітаксіального росту. Епітаксіальна технологія вирішила багато проблем дискретних компонентів та інтегральних схем напівпровідників, значно покращивши продуктивність пристроїв. Епітаксіальна плівка дозволяє точніше контролювати її товщину та легувальні властивості, що призвело до швидкого розвитку напівпровідникових інтегральних схем, до більш досконалого стану. За допомогою нарізання, шліфування, полірування та інших методів обробки монокристалів кремнію можна отримати полірований лист, на якому можна створювати дискретні компоненти та інтегральні схеми. Але в багатьох випадках цей полірований лист використовується лише як механічна опора для підкладки, на якій спочатку необхідно виростити шар монокристалічної плівки з відповідним типом провідності та опору, а потім виготовити дискретні компоненти або інтегральні схеми в монокристалічній плівці. Цей метод використовується, наприклад, у виробництві кремнієвих високочастотних потужних транзисторів, вирішуючи конфлікт між напругою пробою та послідовним опором. Колектор транзистора вимагає високої напруги пробою, яка визначається опором pn-переходу кремнієвої пластини. Для задоволення цієї вимоги потрібні матеріали з високим опором. Люди використовують сильно леговані низькоморні матеріали n-типу на епітаксіальному шарі товщиною від кількох до десятків мікронів, що легко легований високоомний шар n-типу, що дозволяє вирішувати суперечність між високою напругою пробою, необхідною через високий опор, та низьким послідовним опором колектора, необхідним через низький опор підкладки.
Газофазне епітаксіальне вирощування є найдавнішим застосуванням більш зрілої технології епітаксіального вирощування в галузі напівпровідників, яка відіграє важливу роль у розвитку напівпровідникової науки, значною мірою сприяючи якості напівпровідникових матеріалів та пристроїв і покращенню їхньої продуктивності. Наразі найважливішим методом хімічного осадження з парової фази є отримання напівпровідникових монокристалічних епітаксіальних плівок. Так зване хімічне осадження з парової фази, тобто використання газоподібних речовин на твердій поверхні в результаті хімічної реакції, процесу утворення твердих відкладень. Технологія CVD дозволяє вирощувати високоякісні монокристалічні плівки, отримувати необхідний тип легування та епітаксіальну товщину, легко реалізувати у масовому виробництві, тому вона широко використовується в промисловості. У промисловості епітаксіальна пластина, виготовлена методом CVD, часто має один або кілька прихованих шарів, які можна використовувати для контролю структури пристрою та розподілу легування шляхом дифузії або іонної імплантації; фізичні властивості епітаксіального шару CVD відрізняються від властивостей основного матеріалу, а вміст кисню та вуглецю в епітаксіальному шарі, як правило, дуже низький, що є її перевагою. Однак епітаксіальний шар CVD легко самолегується, і на практиці необхідно вжити певних заходів для зменшення самолегування епітаксіального шару. Технологія CVD все ще перебуває на стадії емпіричного процесу, що потребує більш глибоких досліджень для подальшого розвитку технології CVD.
Механізм росту методом CVD є дуже складним. Хімічна реакція зазвичай включає різноманітні компоненти та речовини, що може призвести до утворення низки проміжних продуктів, а також багато незалежних змінних, таких як температура, тиск, швидкість потоку газу тощо. Епітаксіальний процес має низку послідовних кроків, які розвиваються та вдосконалюються один за одним. Епітаксіальний процес має багато послідовних, взаємно розширюваних та вдосконалених етапів. Для аналізу процесу та механізму епітаксіального росту методом CVD, перш за все, необхідно з'ясувати розчинність реакційноздатних речовин у газовій фазі, рівноважний парціальний тиск різних газів, з'ясувати кінетичні та термодинамічні процеси. Потім необхідно зрозуміти масоперенос реакційноздатних газів з газової фази до поверхні підкладки, формування прикордонного шару між газовим потоком та поверхнею підкладки, ріст зародка, а також поверхневу реакцію, дифузію та міграцію, і таким чином зрештою створити бажану плівку. У процесі росту методом CVD вирішальну роль відіграють розвиток та прогрес реактора, що значною мірою визначає якість епітаксіального шару. Морфологія поверхні епітаксіального шару, дефекти кристалічної решітки, розподіл та контроль домішок, товщина та однорідність епітаксіального шару безпосередньо впливають на продуктивність та вихід пристрою.
–Цю статтю опубліковановиробник вакуумних машин для покриттяГуандун Чженьхуа
Час публікації: 04 травня 2024 р.