Chemická depozice z plynné fáze

Epitaxní růst, často označovaný také jako epitaxe, je jedním z nejdůležitějších procesů při výrobě polovodičových materiálů a součástek. Takzvaný epitaxní růst spočívá v tom, že za určitých podmínek v monokrystalickém substrátu dochází k růstu vrstvy monokrystalického filmu. Růst monokrystalického filmu se nazývá epitaxní vrstva (epitaxní technologie). Vznikla na počátku 60. let 20. století v oblasti výzkumu tenkých křemíkových monokrystalických filmů. Na základě téměř půlstoletého vývoje se lidé dokázali za určitých podmínek epitaxního růstu vytvořit různé polovodičové filmy. Epitaxní technologie vyřešila mnoho problémů v oblasti polovodičových diskrétních součástek a integrovaných obvodů a výrazně zlepšila výkonnost zařízení. Epitaxní film umožňuje přesněji kontrolovat jeho tloušťku a dopovací vlastnosti, což vedlo k rychlému vývoji polovodičových integrovaných obvodů a jejich zdokonalení. Řezáním, broušením, leštěním a dalšími technikami zpracování se křemíkový monokrystal získá leštěný plech, na kterém lze vyrábět diskrétní součástky a integrované obvody. V mnoha případech však tento leštěný plech slouží pouze jako mechanická opora pro substrát, ve které je nutné nejprve vypěstovat vrstvu monokrystalického filmu s vhodným typem vodivosti a rezistivity a poté v monokrystalickém filmu vyrobit diskrétní součástky nebo integrované obvody. Tato metoda se používá například při výrobě křemíkových vysokofrekvenčních výkonových tranzistorů, čímž se řeší konflikt mezi průrazným napětím a sériovým odporem. Kolektor tranzistoru vyžaduje vysoké průrazné napětí, které je určeno odporem pn přechodu křemíkové destičky. Pro splnění tohoto požadavku jsou zapotřebí materiály s vysokým odporem. Lidé používají silně dopované materiály typu n s nízkým odporem na epitaxní vrstvě typu n o tloušťce několika až desítek mikronů, lehce dopované vysoce odporové vrstvy typu n, což řeší rozpor mezi vysokým průrazným napětím požadovaným vysokým odporem a nízkým sériovým odporem kolektoru požadovaným nízkým odporem substrátu.

Plynová fáze epitaxního růstu je nejstarší aplikací zralejší technologie epitaxního růstu v oblasti polovodičů, která hraje důležitou roli v rozvoji polovodičové vědy a významně přispívá ke kvalitě polovodičových materiálů a součástek a ke zlepšení jejich výkonu. V současné době je nejdůležitější metodou chemické depozice z plynné fáze příprava epitaxních filmů polovodičových monokrystalů. Takzvaná chemická depozice z plynné fáze, tj. chemická reakce, při které se na pevný povrch nanášejí plynné látky, vytváří pevné usazeniny. Technologie CVD umožňuje pěstovat vysoce kvalitní monokrystalické filmy s požadovaným typem dopování a epitaxní tloušťkou, což je snadné pro hromadnou výrobu, a proto se široce používá v průmyslu. V průmyslu má epitaxní destička připravená metodou CVD často jednu nebo více skrytých vrstev, které lze použít k řízení struktury součástky a distribuce dopování difuzí nebo iontovou implantací; fyzikální vlastnosti epitaxní vrstvy CVD se liší od vlastností sypkého materiálu a obsah kyslíku a uhlíku v epitaxní vrstvě je obecně velmi nízký, což je její výhoda. Epitaxní vrstva CVD se však snadno samodopuje. V praktických aplikacích je nutné přijmout určitá opatření ke snížení samodopování epitaxní vrstvy. Technologie CVD se stále nachází v některých aspektech empirického procesu a je třeba provést hloubkový výzkum, aby se technologie CVD dále rozvíjela.

Mechanismus růstu metodou CVD je velmi složitý. Chemická reakce obvykle zahrnuje řadu složek a látek, může produkovat řadu meziproduktů a existuje mnoho nezávislých proměnných, jako je teplota, tlak, průtok plynu atd. Epitaxní proces má řadu postupných kroků, které se vzájemně vyvíjejí a zdokonalují. Epitaxní proces má mnoho po sobě jdoucích, vzájemně se rozšiřujících a zdokonalujících kroků. Analýza procesu a mechanismu epitaxního růstu metodou CVD zahrnuje především objasnění rozpustnosti reaktivních látek v plynné fázi, rovnovážný parciální tlak různých plynů, objasnění kinetických a termodynamických procesů. Poté je třeba pochopit přenos hmoty reaktivních plynů z plynné fáze na povrch substrátu, tvorbu mezní vrstvy mezi prouděním plynu a povrchem substrátu, růst jádra, jakož i povrchovou reakci, difúzi a migraci, a tím nakonec vytvoření požadované vrstvy. V procesu růstu metodou CVD hraje klíčovou roli vývoj a postup reaktoru, který do značné míry určuje kvalitu epitaxní vrstvy. Povrchová morfologie epitaxní vrstvy, mřížkové defekty, distribuce a kontrola nečistot, tloušťka a rovnoměrnost epitaxní vrstvy přímo ovlivňují výkon a výtěžnost zařízení.

–Tento článek vydávávýrobce vakuových lakovacích strojůGuangdong Zhenhua