エピタキシャル成長は、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 1 つです。いわゆるエピタキシャル成長は、特定の条件下で単結晶基板上に単結晶薄膜を成長させるプロセスであり、単結晶薄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 年代初頭のシリコン単結晶薄膜の研究を基に出現し、現在では約半世紀にわたって発展し、特定の条件下でさまざまな半導体薄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、半導体ディスクリート部品および集積回路の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、その厚さとドーピング特性をより正確に制御できるため、この特徴により、半導体集積回路は急速に発展し、より完全な段階に達しました。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シートが得られ、その上にディスクリート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、この研磨されたシートは基板の機械的サポートとしてのみ使用され、まず適切な導電率と抵抗率を持つ単結晶膜の層を成長させ、次にその単結晶膜上に個別の部品または集積回路を製造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おいて、降伏電圧と直列抵抗の間の矛盾を解決するために使用されます。トランジスタのコレクタには高い降伏電圧が必要であり、これはシリコンウェーハの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。人々は、数ミクロンから十数ミクロンの厚さの低ドープn型低抵抗材料上に、軽ドープ高抵抗n型層をエピタキシャル成長させ、トランジスタをエピタキシャル層で製造します。これにより、高抵抗率によって要求される高い降伏電圧と、低基板抵抗率によって要求される低いコレクタ直列抵抗の間の矛盾が解決されます。
気相エピタキシャル成長は、半導体分野におけるより成熟したエピタキシャル成長技術の最も初期の応用であり、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の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において最も重要な方法は化学気相成長法です。いわゆる化学気相成長法とは、固体表面上で気体物質を用いて化学反応を起こし、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、大量生産を容易に実現できるため、産業界で広く使用されています。産業界では、CVDで作製されたエピタキシャルウェーハには、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ために使用できる1つ以上の埋め込み層がよくあります。CVDエピタキシャル層の物理的特性はバルク材料のそれとは異なり、エピタキシャル層の酸素と炭素の含有量は一般的に非常に低いことが利点です。しかしながら、CVDエピタキシャル層は自己ドーピングを起こしやすいため、実用化において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対策を講じる必要がある。CVD技術は依然として経験的なプロセス段階にある部分があり、CVD技術の発展を継続させるためには、より詳細な研究が必要である。
CVD成長メカニズムは非常に複雑で、化学反応には通常、さまざまな成分や物質が含まれ、多数の中間生成物を生成することができ、温度、圧力、ガス流量など多くの独立変数があり、エピタキシャルプロセスは、互いに発展および改善する多数の往復運動を連続して行います。エピタキシャルプロセスには、多くの連続的で相互に拡張および完成するステップがあります。CVDエピタキシャル成長のプロセスとメカニズムを分析するには、まず、気相中の反応性物質の溶解度、さまざまなガスの平衡分圧、明確な速度論的および熱力学的プロセスを明らかにします。次に、気相から基板表面への反応性ガスの物質輸送、ガス流と基板表面の境界層の形成、核の成長、表面反応、拡散および移動を理解し、最終的に目的の膜を生成します。CVDの成長プロセスでは、反応器の開発と進行が重要な役割を果たし、エピタキシャル層の品質を大きく決定します。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を与える。
–この記事は以下によって公開されています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