Епитаксиалният растеж, често наричан още епитаксия, е един от най-важните процеси при производството на полупроводникови материали и устройства. Така нареченият епитаксиален растеж е процес, при който при определени условия в монокристалния субстрат се развива слой от еднокристален филмов процес. Развитието на монокристален филм се нарича епитаксиално-слойна епитаксиална технология. В началото на 60-те години на миналия век се изследват тънките силициеви монокристални филми. След почти половин век развитие, хората са успели да създадат разнообразни полупроводникови филми при определени условия на епитаксиален растеж. Епитаксиалната технология е решила много проблеми в полупроводниковите дискретни компоненти и интегрални схеми, като значително е подобрила производителността на устройствата. Дебелината и легиращите свойства на епитаксиалния филм позволяват по-точно контролиране на дебелината и легиращите свойства. Тази функция е довела до бързото развитие на полупроводниковите интегрални схеми и ги е усъвършенствала. Чрез нарязване, шлифоване, полиране и други техники на обработка, силициевият монокристал получава полиран лист и върху него могат да се изработват дискретни компоненти и интегрални схеми. Но в много случаи този полиран лист служи само като механична опора за субстрата, върху който е необходимо първо да се отгледа слой от монокристален филм с подходящ тип проводимост и съпротивление, а след това да се произведат дискретни компоненти или интегрални схеми в монокристален филм. Този метод се използва например при производството на силициеви високочестотни високомощни транзистори, разрешавайки конфликта между пробивно напрежение и серийно съпротивление. Колекторът на транзистора изисква високо пробивно напрежение, което се определя от съпротивлението на pn прехода на силициевата пластина. За да се отговори на това изискване, са необходими материали с високо съпротивление. При силно легирани n-тип материали с ниско съпротивление върху епитаксиален слой с дебелина от няколко до десетки микрона, леко легиран високосъпротивителен n-тип слой, производството на транзистори в епитаксиалния слой решава противоречието между високото пробивно напрежение, изисквано от високото съпротивление, и ниското серийно съпротивление на колектора, изисквано от ниското съпротивление на субстрата.
Газофазният епитаксиален растеж е най-ранното приложение в областта на полупроводниците на по-зряла технология за епитаксиален растеж, която играе важна роля в развитието на полупроводниковата наука, допринасяйки значително за качеството на полупроводниковите материали и устройства и подобряването на техните характеристики. В момента получаването на полупроводников монокристален епитаксиален филм е най-важният метод за химическо отлагане от газова фаза. Така нареченото химическо отлагане от газова фаза е процесът на химическа реакция, при който газообразни вещества се нанасят върху твърдата повърхност, за да се генерират твърди отлагания. CVD технологията позволява отглеждането на висококачествени монокристални филми, за да се получи необходимият вид легиране и епитаксиална дебелина, лесна за реализиране в масово производство и следователно е широко използвана в промишлеността. В промишлеността епитаксиалната пластина, получена чрез CVD, често има един или повече скрити слоеве, които могат да се използват за контрол на структурата на устройството и разпределението на легирането чрез дифузия или йонна имплантация; физичните свойства на CVD епитаксиалния слой са различни от тези на насипния материал, а съдържанието на кислород и въглерод в епитаксиалния слой обикновено е много ниско, което е неговото предимство. Въпреки това, епитаксиалният слой чрез CVD е лесен за самодотиране и в практическите приложения е необходимо да се предприемат определени мерки за намаляване на самодотирането на епитаксиалния слой. CVD технологията все още е в някои аспекти на емпирично състояние и е необходимо да се направят по-задълбочени изследвания, за да се продължи развитието на CVD технологията.
Механизмът на растеж чрез CVD е много сложен. Химичната реакция обикновено включва различни компоненти и вещества, може да доведе до образуването на редица междинни продукти и има много независими променливи, като температура, налягане, дебит на газа и др. Епитаксиалният процес има редица последователни промени, които се развиват и усъвършенстват взаимно. Епитаксиалният процес има много последователни, взаимно разширяващи се и усъвършенстващи се стъпки. За да се анализира процесът и механизмът на епитаксиален растеж чрез CVD, е необходимо първо да се изясни разтворимостта на реактивните вещества в газовата фаза, равновесното парциално налягане на различните газове, да се изяснят кинетичните и термодинамичните процеси. След това е необходимо да се разбере масопреносът на реактивните газове от газовата фаза до повърхността на субстрата, образуването на граничния слой между газовия поток и повърхността на субстрата, растежът на ядрото, както и повърхностната реакция, дифузия и миграция, и по този начин в крайна сметка да се генерира желаният филм. В процеса на растеж чрез CVD, развитието и напредъкът на реактора играят решаваща роля, което до голяма степен определя качеството на епитаксиалния слой. Морфологията на повърхността на епитаксиалния слой, дефектите в решетката, разпределението и контролът на примесите, дебелината и еднородността на епитаксиалния слой пряко влияят върху производителността и добива на устройството.
–Тази статия е публикувана отпроизводител на машини за вакуумно покритиеГуандун Джънхуа
Време на публикуване: 04 май 2024 г.