Epitaktisches Wachstum, oft auch Epitaxie genannt, ist einer der wichtigsten Prozesse bei der Herstellung von Halbleitermaterialien und -bauelementen. Beim epitaktischen Wachstum wird unter bestimmten Bedingungen eine Schicht eines einzelnen Produkts auf einem Einkristallsubstrat aufgewachsen. Das Wachstum eines Einkristallfilms wird als epitaktische Schicht bezeichnet. Die Epitaxietechnologie begann in den frühen 1960er Jahren mit der Forschung an Silizium-Einkristall-Dünnschichten. Seit fast einem halben Jahrhundert ist es gelungen, unter bestimmten Bedingungen durch epitaktisches Wachstum eine Vielzahl von Halbleiterfilmen herzustellen. Die Epitaxietechnologie hat viele Probleme bei diskreten Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltkreisen gelöst und die Leistung der Bauelemente erheblich verbessert. Die Dicke und Dotierungseigenschaften von epitaktischen Filmen lassen sich genauer steuern, was zu einer schnellen Entwicklung und Perfektionierung integrierter Halbleiterschaltkreise geführt hat. Durch Schneiden, Schleifen, Polieren und andere Verarbeitungstechniken wird aus Silizium-Einkristallen eine polierte Schicht hergestellt, auf der diskrete Bauelemente und integrierte Schaltkreise hergestellt werden können. In vielen Fällen dient diese polierte Platte jedoch nur als mechanische Stütze für das Substrat. Dazu muss zunächst eine Schicht aus Einkristallfilm mit der entsprechenden Leitfähigkeit und dem entsprechenden spezifischen Widerstand aufgezüchtet werden. Anschließend können in diesem Einkristallfilm diskrete Komponenten oder integrierte Schaltungen hergestellt werden. Dieses Verfahren wird beispielsweise bei der Herstellung von Siliziumtransistoren für hohe Frequenzen und hohe Leistung eingesetzt, um den Konflikt zwischen Durchbruchspannung und Serienwiderstand zu lösen. Der Kollektor des Transistors benötigt eine hohe Durchbruchspannung, die durch den spezifischen Widerstand des pn-Übergangs des Siliziumwafers bestimmt wird. Zur Erfüllung dieser Anforderung sind Materialien mit hohem Widerstand erforderlich. Durch Aufbringen von stark dotierten n-Typ-Materialien mit niedrigem Widerstand auf eine mehrere bis zwölf Mikrometer dicke, leicht dotierte n-Typ-Schicht mit hohem Widerstand werden Transistoren in der epitaktischen Schicht hergestellt. Dadurch wird der Widerspruch zwischen der hohen Durchbruchspannung, die durch den hohen spezifischen Widerstand erforderlich ist, und dem niedrigen Serienwiderstand des Kollektors, der durch den niedrigen spezifischen Widerstand des Substrats erforderlich ist, gelöst.
Das Gasphasenepitaxieverfahren ist die älteste Anwendung einer ausgereiften Epitaxietechnologie im Halbleiterbereich. Es spielte eine wichtige Rolle in der Entwicklung der Halbleiterwissenschaft und trug maßgeblich zur Qualität und Leistungsfähigkeit von Halbleitermaterialien und -bauelementen bei. Die Herstellung von epitaktischen Halbleiter-Einkristallschichten ist derzeit die wichtigste Methode der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Bei der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) werden gasförmige Substanzen durch chemische Reaktionen auf festen Oberflächen abgeschieden. Mit der CVD-Technologie lassen sich hochwertige Einkristallschichten mit der gewünschten Dotierung und Epitaxiedicke züchten und die Massenproduktion ist einfach, weshalb sie in der Industrie breite Anwendung findet. In der Industrie weisen durch CVD hergestellte Epitaxiewafer häufig eine oder mehrere vergrabene Schichten auf, die zur Steuerung der Bauteilstruktur und der Dotierungsverteilung durch Diffusion oder Ionenimplantation genutzt werden können. Die physikalischen Eigenschaften der CVD-Epitaxieschicht unterscheiden sich von denen des Vollmaterials, und ihr Vorteil liegt in der Regel in einem sehr geringen Sauerstoff- und Kohlenstoffgehalt. Allerdings neigt die epitaktische CVD-Schicht leicht zur Selbstdotierung. In praktischen Anwendungen müssen daher bestimmte Maßnahmen ergriffen werden, um die Selbstdotierung der epitaktischen Schicht zu verringern. Die CVD-Technologie befindet sich in einigen Aspekten noch im empirischen Prozessstadium und muss noch eingehender erforscht werden, um die Entwicklung der CVD-Technologie fortzusetzen.
Der Wachstumsmechanismus von CVD ist sehr komplex. Chemische Reaktionen umfassen üblicherweise eine Vielzahl von Komponenten und Substanzen, können zahlreiche Zwischenprodukte erzeugen und unterliegen vielen unabhängigen Variablen wie Temperatur, Druck und Gasflussrate. Der Epitaxieprozess durchläuft viele aufeinander folgende, sich gegenseitig erweiternde und perfektionierende Schritte. Um den Prozess und Mechanismus des epitaktischen CVD-Wachstums zu analysieren, müssen zunächst die Löslichkeit reaktiver Substanzen in der Gasphase, der Gleichgewichtspartialdruck verschiedener Gase sowie kinetische und thermodynamische Prozesse untersucht werden. Anschließend müssen der Massentransport reaktiver Gase von der Gasphase zur Substratoberfläche, die Bildung der Grenzschicht zwischen Gasfluss und Substratoberfläche, das Keimwachstum sowie die Oberflächenreaktion, Diffusion und Migration untersucht werden, um letztendlich die gewünschte Schicht zu erzeugen. Im CVD-Wachstumsprozess spielen die Entwicklung und der Fortschritt des Reaktors eine entscheidende Rolle, da sie maßgeblich die Qualität der epitaktischen Schicht bestimmen. Die Oberflächenmorphologie der Epitaxieschicht, Gitterdefekte, Verteilung und Kontrolle von Verunreinigungen sowie Dicke und Gleichmäßigkeit der Epitaxieschicht wirken sich direkt auf die Leistung und Ausbeute des Geräts aus.
–Dieser Artikel wurde veröffentlicht vonHersteller von VakuumbeschichtungsanlagenGuangdong Zhenhua
Beitragszeit: 04. Mai 2024