에피택셜 성장(종종 에피택시라고도 함)은 반도체 소재 및 소자 제조에 있어 가장 중요한 공정 중 하나입니다. 에피택셜 성장은 단결정 기판 위에 특정 조건 하에서 단일 제품 박막을 성장시키는 공정입니다. 단결정 박막을 에피택셜층이라고 합니다. 에피택셜 기술은 1960년대 초 실리콘 단결정 박막 연구의 기반이 되었으며, 거의 반세기 동안 발전해 왔습니다. 에피택셜 기술은 반도체 이산 소자 및 집적 회로의 많은 문제를 해결하고 소자 성능을 크게 향상시켰습니다. 에피택셜 박막의 두께와 도핑 특성을 더욱 정밀하게 제어할 수 있는 특성 덕분에 반도체 집적 회로는 더욱 완벽한 단계로 빠르게 발전했습니다. 실리콘 단결정은 슬라이싱, 연삭, 연마 등의 가공 기술을 통해 연마된 판재를 얻을 수 있으며, 이를 기반으로 이산 소자 및 집적 회로를 제작할 수 있습니다. 그러나 많은 경우, 이 연마 시트는 기판의 기계적 지지대로만 사용되며, 적절한 전도성과 저항률을 가진 단결정 박막을 먼저 성장시킨 후, 이 박막으로 개별 부품이나 집적 회로를 제작해야 합니다. 이 방법은 예를 들어 실리콘 고주파 고전력 트랜지스터 생산에 사용되어 항복 전압과 직렬 저항 간의 상충 관계를 해결합니다. 트랜지스터의 컬렉터는 높은 항복 전압을 필요로 하며, 이는 실리콘 웨이퍼의 pn 접합 저항률에 의해 결정됩니다. 이러한 요건을 충족하기 위해서는 고저항 재료가 필요합니다. 에피택셜 층 상에 고농도로 도핑된 n형 저저항 재료를 수~수십 마이크론 두께의 저농도로 도핑된 고저항 n형 층에 증착함으로써, 에피택셜 층 내에서 트랜지스터를 제작할 수 있습니다. 이는 높은 저항률에 필요한 높은 항복 전압과 낮은 기판 저항률에 필요한 낮은 컬렉터 직렬 저항 간의 상충 관계를 해결합니다.
기체상 에피택셜 성장은 반도체 분야에서 더욱 성숙한 에피택셜 성장 기술의 가장 초기 응용 분야로, 반도체 과학 발전에 중요한 역할을 하며 반도체 소재 및 소자의 품질과 성능 향상에 크게 기여하고 있습니다. 현재 반도체 단결정 에피택셜 박막 제조는 화학 기상 증착(CVD)의 가장 중요한 방법입니다. 소위 화학 기상 증착은 기체 물질을 고체 표면에서 화학 반응을 통해 고체 증착물을 생성하는 공정입니다. CVD 기술은 고품질 단결정 박막을 성장시켜 필요한 도핑 유형과 에피택셜 두께를 얻을 수 있으며, 대량 생산이 용이하여 산업계에서 널리 사용되고 있습니다. 산업계에서 CVD로 제조된 에피택셜 웨이퍼는 종종 하나 이상의 매립층을 가지며, 이는 확산 또는 이온 주입을 통해 소자 구조 및 도핑 분포를 제어하는 데 사용될 수 있습니다. CVD 에피택셜층의 물리적 특성은 벌크 소재와 다르며, 에피택셜층의 산소 및 탄소 함량이 일반적으로 매우 낮은 것이 CVD의 장점입니다. 그러나 CVD 에피택셜층은 자기도핑을 형성하기 쉽고, 실제 응용에서는 에피택셜층의 자기도핑을 줄이기 위해 특정 조치를 취해야 합니다. CVD 기술은 아직 일부 측면에서 경험적 공정 상태에 있으며, 더 심도 있는 연구가 필요하여 CVD 기술의 발전을 지속할 수 있습니다.
CVD 성장 메커니즘은 매우 복잡하며, 화학 반응에는 일반적으로 다양한 성분과 물질이 포함되어 여러 중간 생성물을 생성할 수 있습니다. 또한 온도, 압력, 가스 유량 등과 같은 많은 독립 변수가 존재합니다. 에피택셜 공정은 여러 단계를 순차적으로 거치며 서로 발전하고 개선됩니다. 에피택셜 공정은 여러 단계의 연속적인 상호 확장 및 개선 과정을 거칩니다. CVD 에피택셜 성장의 공정 및 메커니즘을 분석하기 위해서는 먼저 기체 상태에서 반응성 물질의 용해도, 다양한 기체의 평형 분압, 운동역학 및 열역학 과정을 명확히 해야 합니다. 그런 다음 기체 상태에서 기판 표면으로의 반응성 기체 물질 이동, 기체 흐름과 기판 표면의 경계층 형성, 핵 성장, 표면 반응, 확산 및 이동을 이해하여 궁극적으로 원하는 박막을 생성합니다. CVD 성장 공정에서 반응기의 개발 및 진행은 에피택셜층의 품질을 결정하는 중요한 역할을 합니다. 에피택셜층의 표면 형태, 격자 결함, 불순물의 분포 및 제어, 에피택셜층의 두께와 균일성은 소자의 성능과 수율에 직접적인 영향을 미칩니다.
–이 기사는 다음에서 발행합니다.진공 코팅기 제조업체광둥진화
게시 시간: 2024년 5월 4일