La crescita epitassiale, spesso anche detta epitassia, è uno dei processi più importanti nella fabbricazione di materiali e dispositivi semiconduttori. La cosiddetta crescita epitassiale è il processo di crescita di un singolo strato di prodotto su un substrato monocristallino in determinate condizioni. La crescita del film monocristallino è detta strato epitassiale. La tecnologia epitassiale ha avuto origine all'inizio degli anni '60 con la ricerca sui film sottili di silicio monocristallino e, da allora, si è sviluppata per quasi mezzo secolo, permettendo di realizzare una varietà di film semiconduttori in determinate condizioni di crescita epitassiale. La tecnologia epitassiale ha risolto molti problemi nei componenti discreti e nei circuiti integrati a semiconduttore, migliorando notevolmente le prestazioni dei dispositivi. Il film epitassiale può controllare con maggiore precisione il suo spessore e le proprietà di drogaggio, questa caratteristica ha portato al rapido sviluppo dei circuiti integrati a semiconduttore, che hanno raggiunto una fase di perfezionamento. Il silicio monocristallino, attraverso tecniche di taglio, molatura, lucidatura e altre lavorazioni, viene trasformato in una lamina lucida su cui è possibile realizzare componenti discreti e circuiti integrati. In molte occasioni, tuttavia, questa lamina lucida funge solo da supporto meccanico per il substrato, sul quale è necessario far crescere prima uno strato di film monocristallino con il tipo appropriato di conduttività e resistività, e poi produrre componenti discreti o circuiti integrati nel film monocristallino. Questo metodo viene utilizzato, ad esempio, nella produzione di transistor al silicio ad alta frequenza e alta potenza, risolvendo il conflitto tra tensione di rottura e resistenza in serie. Il collettore del transistor richiede un'elevata tensione di rottura, che è determinata dalla resistività della giunzione pn del wafer di silicio. Per soddisfare questo requisito, sono necessari materiali ad alta resistenza. Si utilizzano materiali di tipo n fortemente drogati a bassa resistenza, depositati epitassialmente su uno strato di tipo n leggermente drogato ad alta resistenza, spesso da pochi a una dozzina di micron, per la produzione di transistor nello strato epitassiale, risolvendo così la contraddizione tra l'elevata tensione di rottura richiesta dall'alta resistività e la bassa resistenza in serie del collettore richiesta dalla bassa resistività del substrato.
La crescita epitassiale in fase gassosa è la prima applicazione nel campo dei semiconduttori di una tecnologia di crescita epitassiale più matura, che svolge un ruolo importante nello sviluppo della scienza dei semiconduttori, contribuendo notevolmente alla qualità dei materiali e dei dispositivi a semiconduttore e al miglioramento delle loro prestazioni. Attualmente, la preparazione di film epitassiali monocristallini di semiconduttori è il metodo più importante della deposizione chimica da fase vapore (CVD). La cosiddetta deposizione chimica da fase vapore, ovvero l'utilizzo di sostanze gassose sulla superficie solida per la reazione chimica, è il processo di generazione di depositi solidi. La tecnologia CVD consente di far crescere film monocristallini di alta qualità, di ottenere il tipo di drogaggio e lo spessore epitassiale desiderati, facilitando la produzione di massa e, pertanto, è ampiamente utilizzata nell'industria. Nell'industria, il wafer epitassiale preparato tramite CVD presenta spesso uno o più strati interrati, che possono essere utilizzati per controllare la struttura del dispositivo e la distribuzione del drogaggio mediante diffusione o impiantazione ionica; Le proprietà fisiche dello strato epitassiale CVD sono diverse da quelle del materiale massivo, e il contenuto di ossigeno e carbonio dello strato epitassiale è generalmente molto basso, il che rappresenta un vantaggio. Tuttavia, lo strato epitassiale CVD tende ad auto-drogamarsi; nelle applicazioni pratiche è necessario adottare determinate misure per ridurre l'auto-drogama. La tecnologia CVD si trova ancora in una fase empirica per quanto riguarda alcuni aspetti, e necessita di ulteriori ricerche approfondite per poter continuare a svilupparsi.
Il meccanismo di crescita CVD è molto complesso: la reazione chimica coinvolge solitamente una varietà di componenti e sostanze, producendo numerosi prodotti intermedi. Sono presenti molte variabili indipendenti, come temperatura, pressione, velocità di flusso del gas, ecc. Il processo epitassiale si articola in una serie di fasi successive, che si sviluppano e migliorano reciprocamente. Il processo epitassiale si compone di molti passaggi successivi, che si espandono e perfezionano a vicenda. Per analizzare il processo e il meccanismo di crescita epitassiale CVD, è necessario innanzitutto chiarire la solubilità delle sostanze reattive in fase gassosa, la pressione parziale di equilibrio dei vari gas e i processi cinetici e termodinamici; successivamente, è fondamentale comprendere il trasporto di massa dei gas reattivi dalla fase gassosa alla superficie del substrato, la formazione dello strato limite tra il flusso di gas e la superficie del substrato, la crescita del nucleo, nonché la reazione superficiale, la diffusione e la migrazione, generando infine il film desiderato. Nel processo di crescita CVD, lo sviluppo e il funzionamento del reattore rivestono un ruolo cruciale, determinando in larga misura la qualità dello strato epitassiale. La morfologia superficiale dello strato epitassiale, i difetti reticolari, la distribuzione e il controllo delle impurità, lo spessore e l'uniformità dello strato epitassiale influenzano direttamente le prestazioni e la resa del dispositivo.
–Questo articolo è pubblicato daproduttore di macchine per rivestimento sottovuotoGuangdongZhenhua
Data di pubblicazione: 4 maggio 2024