La croissance épitaxiale, souvent appelée épitaxie, est un procédé fondamental dans la fabrication des matériaux et dispositifs semi-conducteurs. Ce procédé consiste à faire croître, sous certaines conditions, une couche mince de silicium monocristallin sur un substrat monocristallin. La technologie épitaxiale, apparue au début des années 1960 grâce à la recherche sur les couches minces de silicium monocristallin, a connu près d'un demi-siècle de développement. Aujourd'hui, grâce à cette technique, il est possible de réaliser une grande variété de films semi-conducteurs. L'épitaxie a permis de résoudre de nombreux problèmes liés aux composants discrets et aux circuits intégrés semi-conducteurs, améliorant considérablement leurs performances. Le contrôle précis de l'épaisseur et du dopage des films épitaxiés a permis un développement rapide et une plus grande perfectionnement des circuits intégrés semi-conducteurs. Le silicium monocristallin est obtenu par découpe, meulage, polissage et autres techniques de traitement afin d'obtenir une feuille polie sur laquelle il est possible de fabriquer des composants discrets et des circuits intégrés. Cependant, dans de nombreux cas, cette feuille polie sert uniquement de support mécanique au substrat. Il est nécessaire de faire croître au préalable une couche de film monocristallin présentant la conductivité et la résistivité appropriées, puis d'y fabriquer des composants discrets ou des circuits intégrés. Cette méthode est utilisée, par exemple, pour la production de transistors en 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 pn de la plaquette de silicium. Pour satisfaire cette exigence, des matériaux à haute résistance sont nécessaires. On utilise une couche épitaxiale de quelques microns à une douzaine de microns, composée de matériaux de type n fortement dopés à faible résistance et de matériaux de type n faiblement dopés à haute résistance. La fabrication du transistor dans cette couche épitaxiale permet de résoudre la contradiction entre la tension de claquage élevée requise par la 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, dans le domaine des semi-conducteurs, d'une technologie de croissance épitaxiale relativement mature. 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 repose principalement sur le dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Le CVD consiste à utiliser des substances gazeuses qui réagissent chimiquement sur la surface d'un solide pour former des dépôts solides. Cette technologie permet de faire croître des films monocristallins de haute qualité, d'obtenir le type de dopage et l'épaisseur épitaxiale souhaités, et facilite la production en série, ce qui explique sa large utilisation industrielle. Dans l'industrie, les plaquettes épitaxiales préparées par CVD comportent 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 diffèrent de celles du matériau massif, et sa teneur en oxygène et en carbone est généralement très faible, ce qui constitue un avantage. Cependant, la couche épitaxiale CVD est sujette à l'auto-dopage ; dans les applications pratiques, il est nécessaire de prendre certaines mesures pour réduire l'auto-dopage de la couche épitaxiale. La technologie CVD reste, sous certains aspects, un processus empirique et nécessite des recherches plus approfondies pour poursuivre son développement.
Le mécanisme de croissance par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est très complexe. La réaction chimique implique généralement une variété de composants et de substances, et peut produire de nombreux produits intermédiaires. De nombreuses variables indépendantes, telles que la température, la pression et le débit de gaz, interviennent. Le processus épitaxial se déroule par étapes successives, s'enrichissant et s'améliorant mutuellement. Pour analyser le processus et le mécanisme de la croissance épitaxiale par CVD, il est essentiel de clarifier la solubilité des substances réactives en phase gazeuse, la pression partielle d'équilibre des différents gaz, ainsi que les processus cinétiques et thermodynamiques. Il faut ensuite comprendre le transport des gaz réactifs de la phase gazeuse vers la surface du substrat, la formation de la couche limite entre le flux gazeux et la surface du substrat, la croissance des germes, ainsi que les réactions de surface, la diffusion et la migration, aboutissant ainsi à la formation du film désiré. Dans le processus de croissance par CVD, le développement et le fonctionnement 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 cristallin, 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