El crecimiento epitaxial, también conocido como epitaxia, es uno de los procesos más importantes en la fabricación de materiales y dispositivos semiconductores. Este proceso consiste en el crecimiento de una capa de película monocristalina en ciertas condiciones. El crecimiento de una película monocristalina se denomina capa epitaxial. La tecnología epitaxial surgió a principios de la década de 1960, en el contexto de la investigación sobre películas delgadas monocristalinas de silicio. Tras casi medio siglo de desarrollo, se han logrado diversas películas semiconductoras bajo ciertas condiciones de crecimiento epitaxial. Esta tecnología ha resuelto numerosos problemas en componentes discretos y circuitos integrados de semiconductores, mejorando considerablemente el rendimiento de los dispositivos. La película epitaxial permite controlar con mayor precisión su espesor y sus propiedades de dopaje, lo que ha impulsado el rápido desarrollo de los circuitos integrados de semiconductores, alcanzando una etapa más avanzada. El silicio monocristalino, mediante corte, rectificado, pulido y otras técnicas de procesamiento, permite obtener una lámina pulida que permite fabricar componentes discretos y circuitos integrados. Sin embargo, en muchas ocasiones, esta lámina pulida solo sirve como soporte mecánico para el sustrato, donde es necesario primero desarrollar una capa de película monocristalina con la conductividad y resistividad adecuadas, y luego fabricar componentes discretos o circuitos integrados en dicha película. Este método se utiliza, por ejemplo, en la producción de transistores de silicio de alta frecuencia y alta potencia, resolviendo el conflicto entre la tensión de ruptura y la resistencia en serie. El colector del transistor requiere una alta tensión de ruptura, determinada por la resistividad de la unión pn de la oblea de silicio. Para cumplir con este requisito, se requieren materiales de alta resistencia. En la capa epitaxial de tipo n de alta resistencia ligeramente dopada, de varias a decenas de micras de espesor, se utilizan materiales de tipo n altamente dopados de baja resistencia. La producción de transistores en la capa epitaxial resuelve el conflicto entre la alta tensión de ruptura requerida por la alta resistividad y la baja resistencia en serie del colector, requerida por la baja resistividad del sustrato.
El crecimiento epitaxial en fase gaseosa es la aplicación más temprana en el campo de los semiconductores de una tecnología de crecimiento epitaxial más madura, que desempeña un papel importante en el desarrollo de la ciencia de los semiconductores, contribuyendo en gran medida a la calidad de los materiales y dispositivos semiconductores y a la mejora de su rendimiento. En la actualidad, la preparación de películas epitaxiales monocristalinas de semiconductores es el método más importante de deposición química en fase de vapor. La llamada deposición química en fase de vapor, es decir, el uso de sustancias gaseosas en la superficie sólida de la reacción química, el proceso de generación de depósitos sólidos. La tecnología CVD puede crecer películas monocristalinas de alta calidad, para obtener el tipo de dopaje y el espesor epitaxial requeridos, fácil de lograr la producción en masa, y por lo tanto ha sido ampliamente utilizada en la industria. En la industria, la oblea epitaxial preparada por CVD a menudo tiene una o más capas enterradas, que pueden usarse para controlar la estructura del dispositivo y la distribución del dopaje por difusión o implantación de iones; Las propiedades físicas de la capa epitaxial de CVD difieren de las del material en masa, y su contenido de oxígeno y carbono es generalmente muy bajo, lo cual constituye una ventaja. Sin embargo, la capa epitaxial de CVD es propensa a la autodopación, por lo que en la práctica es necesario tomar medidas para reducirla. La tecnología de CVD aún se encuentra en una fase empírica y requiere investigación más profunda para su desarrollo continuo.
El mecanismo de crecimiento epitaxial por CVD es muy complejo. En las reacciones químicas, se utilizan diversos componentes y sustancias, lo que permite la producción de numerosos productos intermedios y la intervención de numerosas variables independientes, como la temperatura, la presión y el caudal de gas. El proceso epitaxial se desarrolla y perfecciona continuamente. Este proceso consta de numerosas etapas que se expanden y perfeccionan mutuamente. Para analizar el proceso y el mecanismo del crecimiento epitaxial por CVD, es necesario, en primer lugar, comprender la solubilidad de las sustancias reactivas en fase gaseosa, la presión parcial de equilibrio de diversos gases y los procesos cinéticos y termodinámicos. Posteriormente, se debe comprender el transporte de masa de los gases reactivos desde la fase gaseosa hasta la superficie del sustrato, la formación de la capa límite entre el flujo de gas y la superficie del sustrato, el crecimiento del núcleo, así como la reacción, difusión y migración superficial, para finalmente generar la película deseada. En el proceso de crecimiento por CVD, el desarrollo y el progreso del reactor desempeñan un papel crucial, lo que determina en gran medida la calidad de la capa epitaxial. La morfología de la superficie de la capa epitaxial, los defectos de la red, la distribución y el control de las impurezas, el espesor y la uniformidad de la capa epitaxial afectan directamente el rendimiento y el rendimiento del dispositivo.
–Este artículo es publicado porfabricante de máquinas de recubrimiento al vacíoGuangdong Zhenhua
Hora de publicación: 04-05-2024