Epitaksiaalne kasv, mida sageli nimetatakse ka epitaksiaks, on pooljuhtmaterjalide ja -seadmete valmistamisel üks olulisemaid protsesse. Nn epitaksiaalne kasv toimub teatud tingimustes monokristalli aluspinnal monotoote kilekihi kasvuprotsessis. Monokristallkile kasvu nimetatakse epitaksiaalkihiks. Epitaksiaaltehnoloogia arenes 1960. aastate alguses räni monokristalliliste õhukeste kilede uuringute põhjal, mis on peaaegu pool sajandit tagasi arenenud. Teatud epitaksiaalse kasvu tingimustes on inimesed suutnud luua mitmesuguseid pooljuhtkilesid. Epitaksiaaltehnoloogia on lahendanud paljusid pooljuhtide diskreetkomponentide ja integraallülituste probleeme, parandades oluliselt seadme jõudlust. Epitaksiaalkile paksust ja legeerimisomadusi saab täpsemalt kontrollida, mis on viinud pooljuhtide integraallülituste kiire arenguni täiuslikumasse etappi. Ränimonokristalli saab viilutamise, lihvimise, poleerimise ja muude töötlemistehnikate abil poleeritud lehtedeks muuta, millest saab valmistada diskreetkomponente ja integraallülitusi. Kuid paljudel juhtudel kasutatakse seda poleeritud lehte ainult substraadi mehaanilise toena, milleks on vaja kõigepealt kasvatada sobiva juhtivuse ja takistusega monokristallkile kiht ning seejärel toota monokristallkilest diskreetkomponente või integraallülitusi. Seda meetodit kasutatakse näiteks räni kõrgsageduslike suure võimsusega transistoride tootmisel, et lahendada läbilöögipinge ja jadatakistuse vaheline konflikt. Transistori kollektor vajab kõrget läbilöögipinget, mille määrab räniplaadi pn-siirde takistus. Selle nõude täitmiseks on vaja kõrge takistusega materjale. Inimesed kasutavad epitaksiaalsel kihil tugevalt legeeritud n-tüüpi madala takistusega materjale, mille paksus on mitu kuni tosinat mikronit ja mis on kergelt legeeritud suure takistusega n-tüüpi kiht. Transistori tootmisel kasutatakse epitaksiaalset kihti, mis lahendab kõrge läbilöögipinge ja substraadi madala takistuse vahelise vastuolu, mis on vajalik kõrge läbilöögipinge ja madala kollektori jadatakistuse tõttu.
Gaasifaasis epitaksiaalne kasv on pooljuhtide valdkonnas küpsema epitaksiaalse kasvutehnoloogia varaseim rakendus, millel on oluline roll pooljuhtide teaduse arengus, aidates oluliselt kaasa pooljuhtmaterjalide ja -seadmete kvaliteedile ning nende jõudluse parandamisele. Praegu on pooljuhtide monokristallide epitaksiaalsete kilede valmistamine keemilise aurustamise kõige olulisem meetod. Nn keemiline aurustamine on gaasiliste ainete kasutamine tahkel pinnal keemilise reaktsiooni käigus, mille käigus tekivad tahked sadestused. CVD-tehnoloogia abil saab kasvatada kvaliteetseid monokristallilisi kilesid, et saavutada vajalik dopingutüüp ja epitaksiaalne paksus, mida on lihtne masstootmises teostada ja seetõttu on seda laialdaselt kasutatud tööstuses. Tööstuses on CVD-ga valmistatud epitaksiaalsel vahvlil sageli üks või mitu maetud kihti, mida saab kasutada seadme struktuuri ja dopingu jaotuse juhtimiseks difusiooni või ioonimplantatsiooni teel; CVD-epitaksiaalse kihi füüsikalised omadused erinevad põhimaterjali omadustest ning epitaksiaalse kihi hapniku- ja süsinikusisaldus on üldiselt väga madal, mis on selle eeliseks. Siiski on CVD epitaksiaalkihti lihtne isedopinguga moodustada ning praktilistes rakendustes on vaja võtta teatud meetmeid isedopinguga epitaksiaalkihi vähendamiseks. CVD-tehnoloogia on endiselt empiirilise protsessi teatud aspektides ja vajab põhjalikumat uurimistööd, et CVD-tehnoloogia edasine areng jätkuks.
CVD kasvumehhanism on väga keeruline. Keemilises reaktsioonis osaleb tavaliselt mitmesuguseid komponente ja aineid, mis võivad toota mitmeid vaheprodukte. Lisaks on palju sõltumatuid muutujaid, nagu temperatuur, rõhk, gaasi voolukiirus jne. Epitaksiaalsel protsessil on mitu järjestikust edasi-tagasi liikumist, mis üksteist arendavad ja täiustavad. Epitaksiaalsel protsessil on palju järjestikuseid, vastastikku laienevaid ja täiustavaid samme. CVD epitaksiaalse kasvu protsessi ja mehhanismi analüüsimiseks tuleb kõigepealt selgitada reaktiivsete ainete lahustuvust gaasifaasis, erinevate gaaside tasakaalulist osarõhku, selgeid kineetilisi ja termodünaamilisi protsesse; seejärel mõista reaktiivsete gaaside massiülekannet gaasifaasist substraadi pinnale, gaasivoolu ja substraadi pinna vahelise piirkihi moodustumist, tuuma kasvu, samuti pinnareaktsiooni, difusiooni ja migratsiooni ning seega lõppkokkuvõttes soovitud kile genereerimist. CVD kasvuprotsessis mängib reaktori areng ja edenemine olulist rolli, mis määrab suuresti epitaksiaalse kihi kvaliteedi. Epitaksiaalse kihi pinnamorfoloogia, võre defektid, lisandite jaotus ja kontroll, epitaksiaalse kihi paksus ja ühtlus mõjutavad otseselt seadme jõudlust ja saagist.
– Selle artikli avaldasvaakumkatmismasinate tootjaGuangdongi Zhenhua
Postituse aeg: 04.05.2024