צמיחה אפיטקסיאלית, המכונה לעתים קרובות גם אפיטקסיה, היא אחד התהליכים החשובים ביותר בייצור חומרים והתקנים של מוליכים למחצה. תהליך הצמיחה האפיטקסיאלית הוא תהליך צמיחה של שכבה של סרט מוצר יחיד במצע גביש יחיד, המכונה שכבה אפיטקסיאלית. טכנולוגיית האפיטקסיאלית היא מחקר שכבה דקה של סיליקון יחיד בתחילת שנות ה-60, המבוסס על הופעתה של כמעט חצי מאה, ואנשים הצליחו לממש מגוון רחב של סרטי מוליכים למחצה בתנאים מסוימים של צמיחה אפיטקסיאלית. טכנולוגיית האפיטקסיאלית פתרה בעיות רבות ברכיבים בדידים של מוליכים למחצה ובמעגלים משולבים, ושיפרה מאוד את ביצועי המכשיר. סרט אפיטקסיאלי יכול לשלוט בצורה מדויקת יותר בעובי ובתכונות הסימום שלו, תכונה זו הובילה לפיתוח מהיר של מעגלים משולבים של מוליכים למחצה, והגיע לשלב מושלם יותר. גביש יחיד סיליקון מעובד על ידי חיתוך, טחינה, ליטוש וטכניקות עיבוד אחרות, כדי לקבל יריעות מלוטשות, ניתן לייצר עליהן רכיבים בדידים ומעגלים משולבים. אך במקרים רבים, יריעת ליטוש זו משמשת רק כתמיכה מכנית למצע, ובכך יש צורך תחילה לגדל שכבה של סרט גביש יחיד עם מוליכות והתנגדות מתאימות, ולאחר מכן לייצר רכיבים בדידים או מעגלים משולבים בשכבת גביש יחיד. שיטה זו משמשת, למשל, בייצור טרנזיסטורי סיליקון בעלי הספק גבוה בתדר גבוה, ופותרת את הסכסוך בין מתח הפריצה להתנגדות טורית. קולט הטרנזיסטור דורש מתח פריצה גבוה, הנקבע על ידי ההתנגדות של צומת ה-pn של פרוסת הסיליקון. על מנת לעמוד בדרישה זו, נדרשים חומרים בעלי התנגדות גבוהה. חומרים מסוג n מסוממים בכבדות ובעלי התנגדות נמוכה מסוממים קלות על שכבת n מסוג אפיטקסיאלית בעובי של כמה עד תריסר מיקרונים, ייצור טרנזיסטורים בשכבה האפיטקסיאלית פותר את הסתירה בין מתח הפריצה הגבוה הנדרש על ידי התנגדות גבוהה והתנגדות טורית קולט נמוכה הנדרשת על ידי התנגדות טורית נמוכה של המצע.
גידול אפיטקסיאלי בפאזה גזית הוא היישום המוקדם ביותר בתחום המוליכים למחצה של טכנולוגיית גידול אפיטקסיאלי בוגרת יותר, אשר ממלאת תפקיד חשוב בפיתוח מדע המוליכים למחצה, ותורמת רבות לאיכות חומרים והתקני מוליכים למחצה ולשיפור ביצועיהם. כיום, הכנת סרט אפיטקסיאלי גבישי יחיד מוליך למחצה היא השיטה החשובה ביותר לשקיעת אדים כימית. מה שנקרא שקיעת אדים כימית, כלומר, שימוש בחומרים גזיים על פני השטח המוצקים של תגובה כימית, תהליך יצירת משקעים מוצקים. טכנולוגיית CVD יכולה לגדל סרטי גביש יחיד באיכות גבוהה, כדי להשיג את סוג הסימום והעובי האפיטקסיאלי הנדרשים, קל למימוש ייצור המוני, ולכן נמצאת בשימוש נרחב בתעשייה. בתעשייה, פרוסת אפיטקסיאלית שהוכנה על ידי CVD כוללת לעתים קרובות שכבה אחת או יותר קבורה, בהן ניתן להשתמש כדי לשלוט במבנה המכשיר ובפיזור הסימום על ידי דיפוזיה או השתלת יונים; התכונות הפיזיקליות של שכבת האפיטקסיאלית של CVD שונות מאלה של חומר בתפזורת, ותכולת החמצן והפחמן של שכבת האפיטקסיאלית נמוכה בדרך כלל מאוד, וזה יתרונה. עם זאת, שכבת CVD אפיטקסיאלית נוצרת בקלות עם סימום עצמי. ביישומים מעשיים יש לנקוט באמצעים מסוימים כדי להפחית את הסימום העצמי של שכבת האפיטקסיאלית. טכנולוגיית CVD עדיין נמצאת במצב תהליך אמפירי מסוים, ויש צורך במחקר מעמיק יותר כדי להמשיך ולפתח את טכנולוגיית CVD.
מנגנון הגידול של CVD מורכב מאוד. בתגובה הכימית הוא כולל בדרך כלל מגוון רכיבים וחומרים, ויכול לייצר מספר תוצרי ביניים, וישנם משתנים בלתי תלויים רבים, כגון טמפרטורה, לחץ, קצב זרימת גז וכו'. בתהליך האפיטקסיאלי יש מספר שלבים עוקבים, המתפתחים ומשפרים זה את זה. לתהליך האפיטקסיאלי יש שלבים עוקבים רבים, המתרחבים ומשפרים זה את זה. כדי לנתח את התהליך והמנגנון של גידול אפיטקסיאלי של CVD, ראשית, יש להבהיר את המסיסות של חומרים ריאקטיביים בשלב הגז, את הלחץ החלקי של שיווי המשקל של גזים שונים, ולברר תהליכים קינטיים ותרמודינמיים; לאחר מכן יש להבין את תנועת המסה של הגזים הריאקטיביים משלב הגז לפני השטח של המצע, את היווצרות שכבת הגבול של זרימת הגז לפני השטח של המצע, את גידול הגרעין, כמו גם את תגובת פני השטח, הדיפוזיה והנדידה, וכך בסופו של דבר ליצור את הסרט הרצוי. בתהליך הגידול של CVD, התפתחות והתקדמות הכור ממלאים תפקיד מכריע, אשר קובע במידה רבה את איכות השכבה האפיטקסיאלית. מורפולוגיית פני השטח של השכבה האפיטקסיאלית, פגמי הסריג, פיזור ובקרה של זיהומים, עובי ואחידות השכבה האפיטקסיאלית משפיעים ישירות על ביצועי המכשיר והתפוקה.
–מאמר זה פורסם על ידייצרן מכונות ציפוי ואקוםגואנגדונג ז'נהואה
זמן פרסום: 4 במאי 2024