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 sobre un sustrato monocristalino bajo ciertas condiciones. El crecimiento de esta película monocristalina se denomina capa epitaxial. La tecnología epitaxial surgió a principios de la década de 1960, a partir de la investigación de películas delgadas de silicio monocristalino, y durante casi medio siglo se ha logrado obtener una variedad de películas semiconductoras bajo ciertas condiciones de crecimiento epitaxial. Esta tecnología ha resuelto muchos problemas en componentes discretos y circuitos integrados semiconductores, mejorando significativamente el rendimiento de los dispositivos. La película epitaxial permite un control más preciso de su espesor y propiedades de dopaje, lo que ha impulsado el rápido desarrollo de los circuitos integrados semiconductores hacia una etapa más perfeccionada. El silicio monocristalino se procesa mediante técnicas como el corte, el pulido y otras técnicas, para obtener láminas pulidas sobre las que se pueden fabricar componentes discretos y circuitos integrados. Pero en muchas ocasiones esta lámina pulida solo sirve como soporte mecánico para el sustrato, en el que primero es necesario cultivar una capa de película monocristalina con el tipo de conductividad y resistividad apropiados, y luego producir componentes discretos o circuitos integrados en una película monocristalina. 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, que está determinada por la resistividad de la unión pn de la oblea de silicio. Para cumplir con este requisito, se requieren materiales de alta resistencia. Las personas en los materiales de tipo n de baja resistencia fuertemente dopados sobre una capa epitaxial de tipo n de varias a decenas de micras de espesor ligeramente dopada de alta resistencia, la producción de transistores en la capa epitaxial, lo que resuelve la contradicción 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 primera aplicación 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 semiconductoras es el método más importante de deposición química en fase vapor. La llamada deposición química en fase vapor, es decir, el uso de sustancias gaseosas sobre la superficie sólida de la reacción química, el proceso de generación de depósitos sólidos. La tecnología CVD puede cultivar películas monocristalinas de alta calidad, para obtener el tipo de dopaje y el espesor epitaxial requeridos, fácil de realizar la producción en masa, y por lo tanto se ha utilizado ampliamente en la industria. En la industria, la oblea epitaxial preparada por CVD a menudo tiene una o más capas enterradas, que se pueden utilizar para controlar la estructura del dispositivo y la distribución del dopaje por difusión o implantación iónica; Las propiedades físicas de la capa epitaxial CVD difieren de las del material a granel, y su contenido de oxígeno y carbono suele ser muy bajo, lo cual constituye una ventaja. Sin embargo, la capa epitaxial CVD tiende a autodoparse fácilmente, por lo que en aplicaciones prácticas es necesario tomar medidas para reducir este autodopaje. La tecnología CVD aún se encuentra en una fase experimental en algunos aspectos, y requiere una investigación más profunda para que continúe su desarrollo.
El mecanismo de crecimiento por CVD es muy complejo. La reacción química suele incluir diversos componentes y sustancias, y puede producir varios productos intermedios. Existen muchas variables independientes, como la temperatura, la presión y el caudal de gas. El proceso epitaxial consta de varias etapas sucesivas que se desarrollan y perfeccionan mutuamente. Para analizar el proceso y el mecanismo de crecimiento epitaxial por CVD, primero es necesario aclarar la solubilidad de las sustancias reactivas en la fase gaseosa, la presión parcial de equilibrio de los distintos 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 superficial, la difusión y la migración, generando finalmente la película deseada. En el proceso de crecimiento por CVD, el desarrollo y el progreso del reactor desempeñan un papel crucial, ya que determinan en gran medida la calidad de la capa epitaxial. La morfología superficial de la capa epitaxial, los defectos de la red cristalina, la distribución y el control de las impurezas, el espesor y la uniformidad de la capa epitaxial afectan directamente al rendimiento y la productividad del dispositivo.
–Este artículo es publicado porfabricante de máquinas de recubrimiento al vacíoGuangdong Zhenhua
Fecha de publicación: 4 de mayo de 2024