La croissance épitaxiale, souvent appelée épitaxie, est l'un des procédés les plus importants dans la fabrication de matériaux et de dispositifs semi-conducteurs. La croissance épitaxiale consiste à former, dans certaines conditions, une couche de film monocristallin sur un substrat monocristallin. La technologie épitaxiale a été développée au début des années 1960 grâce à la recherche sur les couches minces de silicium monocristallin. Depuis près d'un demi-siècle, la croissance épitaxiale a permis de réaliser une variété de films semi-conducteurs dans certaines conditions. La technologie épitaxiale a résolu de nombreux problèmes dans les composants discrets et les circuits intégrés semi-conducteurs, améliorant considérablement les performances des dispositifs. Le film épitaxial permet un contrôle plus précis de son épaisseur et de ses propriétés de dopage, ce qui a permis le développement rapide des circuits intégrés semi-conducteurs, jusqu'à un stade plus avancé. Le silicium monocristallin est traité par tranchage, meulage, polissage et autres techniques pour obtenir une feuille polie, permettant la fabrication de composants discrets et de circuits intégrés. Cependant, dans de nombreux cas, cette feuille polie ne sert que de support mécanique au substrat. Il est alors nécessaire de faire croître une couche de film monocristallin présentant une conductivité et une résistivité appropriées, puis de fabriquer des composants discrets ou des circuits intégrés à partir de ce film. Cette méthode est utilisée, par exemple, pour la production de transistors silicium haute fréquence et haute puissance, résolvant ainsi le conflit entre tension de claquage et résistance série. Le collecteur du transistor requiert une tension de claquage élevée, déterminée par la résistivité de la jonction p-n de la plaquette de silicium. Pour répondre à cette exigence, des matériaux à haute résistance sont nécessaires. Des matériaux de type N fortement dopés et à faible résistance sont utilisés sur une couche épitaxiale de type N faiblement dopée et à haute résistance de plusieurs à plusieurs dizaines de microns d'épaisseur. La production de transistors dans cette couche épitaxiale résout le conflit entre la tension de claquage élevée requise par une résistivité élevée et la faible résistance série du collecteur requise par la faible résistivité du substrat.
La croissance épitaxiale en phase gazeuse est la première application d'une technologie de croissance épitaxiale plus aboutie dans le domaine des semi-conducteurs. Elle joue un rôle important dans le développement de la science des semi-conducteurs, contribuant grandement à la qualité des matériaux et dispositifs semi-conducteurs et à l'amélioration de leurs performances. Actuellement, la préparation de films épitaxiaux monocristallins semi-conducteurs est la méthode la plus répandue de dépôt chimique en phase vapeur. Ce procédé consiste à utiliser des substances gazeuses sur la surface solide pour générer des dépôts solides. La technologie CVD permet de produire des films monocristallins de haute qualité, d'obtenir le type de dopage et l'épaisseur d'épitaxie requis, et facilite la production en série. Elle est donc largement utilisée dans l'industrie. Dans l'industrie, la plaquette épitaxiale préparée par CVD comporte souvent une ou plusieurs couches enterrées, permettant de contrôler la structure du dispositif et la distribution du dopage par diffusion ou implantation ionique. Les propriétés physiques de la couche épitaxiale CVD sont différentes de celles du matériau brut, et sa teneur en oxygène et en carbone est généralement très faible, ce qui constitue son avantage. Cependant, la couche épitaxiale CVD est facile à former un auto-dopage, dans les applications pratiques, il faut prendre certaines mesures pour réduire la couche épitaxiale de l'auto-dopage, la technologie CVD est encore dans certains aspects de l'état de processus empirique, il faut faire des recherches plus approfondies, afin qu'elle continue à obtenir le développement de la technologie CVD.
Le mécanisme de croissance CVD est très complexe. La réaction chimique implique généralement divers composants et substances, peut produire de nombreux produits intermédiaires et dépend de nombreuses variables indépendantes, telles que la température, la pression, le débit de gaz, etc. Le processus épitaxial comporte de nombreux allers-retours successifs, permettant ainsi leur développement et leur amélioration. Le processus épitaxial comporte de nombreuses étapes successives, qui se développent et se perfectionnent mutuellement. Pour analyser le processus et le mécanisme de croissance épitaxiale CVD, il convient tout d'abord de clarifier la solubilité des substances réactives en phase gazeuse, la pression partielle d'équilibre des différents gaz et de clarifier les processus cinétiques et thermodynamiques. Il s'agit ensuite de comprendre le transport de masse des gaz réactifs de la phase gazeuse à la surface du substrat, la formation de la couche limite du flux gazeux et de la surface du substrat, la croissance du noyau, ainsi que la réaction de surface, la diffusion et la migration, et ainsi de générer le film souhaité. Dans le processus de croissance CVD, le développement et la progression du réacteur jouent un rôle crucial, déterminant largement la qualité de la couche épitaxiale. La morphologie de surface de la couche épitaxiale, les défauts du réseau, la distribution et le contrôle des impuretés, l'épaisseur et l'uniformité de la couche épitaxiale affectent directement les performances et le rendement du dispositif.
–Cet article est publié parfabricant de machines de revêtement sous videGuangdong Zhenhua
Date de publication : 4 mai 2024