エピタキシャル成長は、しばしばエピタキシーとも呼ばれ、半導体材料およびデバイスの製造において最も重要なプロセスの一つです。いわゆるエピタキシャル成長は、単結晶基板上に特定の条件下で単結晶層を成長させるプロセスです。単結晶膜の成長はエピタキシャル層と呼ばれます。エピタキシャル技術は、1960年代初頭にシリコン単結晶薄膜研究が誕生したことから始まり、現在では半世紀近くにわたり発展を遂げ、特定の条件下で様々な半導体膜をエピタキシャル成長させることができるようになりました。エピタキシャル技術は、半導体の個別部品や集積回路における多くの問題を解決し、デバイスの性能を大幅に向上させました。エピタキシャル膜は、その厚さやドーピング特性をより正確に制御できるため、半導体集積回路は急速に発展し、より完成度の高い段階へと進みました。シリコン単結晶は、スライス、研削、研磨などの加工技術によって研磨されたシート状になり、その上に個別部品や集積回路を作製することができます。しかし、多くの場合、この研磨シートは基板の機械的支持体としてのみ使用され、まず適切な導電性と抵抗率を持つ単結晶薄膜層を成長させ、その後、単結晶薄膜上に個別部品または集積回路を作製する必要があります。この方法は、例えばシリコン高周波・高出力トランジスタの製造に用いられ、耐圧と直列抵抗の矛盾を解決します。トランジスタのコレクタには高い耐圧が必要ですが、これはシリコンウェハのpn接合の抵抗率によって決まります。この要件を満たすには、高抵抗材料が必要です。高抵抗ドープn型低抵抗材料を、数ミクロンから十数ミクロンの厚さのエピタキシャル層に低抵抗ドープした高抵抗n型層で形成することで、トランジスタをエピタキシャル層で製造し、高抵抗率に必要な高耐圧と、低基板抵抗率に必要な低コレクタ直列抵抗との間の矛盾を解決します。
気相エピタキシャル成長は、半導体分野において最も早く応用された成熟したエピタキシャル成長技術であり、半導体科学の発展において重要な役割を果たし、半導体材料およびデバイスの品質と性能向上に大きく貢献しています。現在、半導体単結晶エピタキシャル膜の作製は、化学気相成長法の中でも最も重要な方法です。いわゆる化学気相成長法とは、気体物質を固体表面で化学反応させ、固体堆積物を生成するプロセスです。CVD技術は、高品質の単結晶膜を成長させ、必要なドーピングタイプとエピタキシャル厚さを得ることができ、量産化が容易なため、産業界で広く利用されています。産業界では、CVD法で作製されたエピタキシャルウェーハは、多くの場合、1層以上の埋め込み層を有しており、拡散またはイオン注入によってデバイス構造とドーピング分布を制御することができます。CVDエピタキシャル層の物理的特性はバルク材料とは異なり、酸素と炭素の含有量が一般的に非常に低いことがその利点です。しかし、CVDエピタキシャル層は自己ドーピングを形成しやすいため、実際の応用ではエピタキシャル層の自己ドーピングを低減するための特定の対策を講じる必要があります。CVD技術はまだいくつかの側面で経験的なプロセス状態にあり、CVD技術の発展を継続するために、より深い研究を行う必要があります。
CVD成長メカニズムは非常に複雑です。化学反応には通常、様々な成分や物質が関与し、多くの中間生成物が生成されます。また、温度、圧力、ガス流量など、多くの独立変数が存在します。そのため、エピタキシャルプロセスは、互いに発展・改善を繰り返しながら、多くの段階を経て発展していきます。エピタキシャルプロセスは、多くの段階を経て、互いに発展・改善していく過程を経ます。CVDエピタキシャル成長のプロセスとメカニズムを解析するには、まず、反応性物質の気相への溶解度、各種ガスの平衡分圧、運動学的・熱力学的過程を明らかにします。次に、反応性ガスの気相から基板表面への物質輸送、ガス流と基板表面の境界層の形成、核の成長、そして表面反応、拡散・移動を理解し、最終的に目的の膜を生成します。CVD成長プロセスにおいて、反応器の開発と進歩は重要な役割を果たし、エピタキシャル層の品質を大きく左右します。エピタキシャル層の表面形態、格子欠陥、不純物の分布と制御、エピタキシャル層の厚さと均一性は、デバイスの性能と歩留まりに直接影響します。
–この記事は真空コーティング機メーカー広東振華
投稿日時: 2024年5月4日