에피택시 성장이라고도 불리는 에피택셜 성장은 반도체 재료 및 소자 제조에서 가장 중요한 공정 중 하나입니다. 에피택셜 성장은 특정 조건에서 단결정 기판 위에 단일 결정 박막을 성장시키는 공정으로, 이러한 단결정 박막을 에피택셜 박막이라고 합니다. 에피택셜 기술은 1960년대 초 실리콘 단결정 박막 연구를 기반으로 등장하여 거의 반세기 동안 발전해 왔으며, 특정 조건에서 다양한 반도체 박막을 에피택셜 성장시킬 수 있게 되었습니다. 에피택셜 기술은 반도체 개별 소자 및 집적 회로의 많은 문제를 해결하고 소자의 성능을 크게 향상시켰습니다. 에피택셜 박막은 두께와 도핑 특성을 더욱 정밀하게 제어할 수 있다는 특징 덕분에 반도체 집적 회로가 급속도로 발전하여 더욱 완벽한 단계에 이르렀습니다. 실리콘 단결정은 절단, 연삭, 연마 등의 가공 기술을 통해 연마된 판재로 얻을 수 있으며, 이 판재 위에 개별 소자 및 집적 회로를 제작할 수 있습니다. 하지만 많은 경우, 이처럼 매끄럽게 연마된 판은 기판의 기계적 지지대 역할만 할 뿐이며, 먼저 적절한 전도도와 저항률을 가진 단결정 박막을 성장시킨 후, 이 단결정 박막 위에 개별 부품이나 집적 회로를 제작해야 합니다. 이 방법은 예를 들어 실리콘 고주파 고출력 트랜지스터 생산에 사용되는데, 항복 전압과 직렬 저항 사이의 상충 관계를 해결하는 데 효과적입니다. 트랜지스터의 컬렉터는 높은 항복 전압을 요구하는데, 이는 실리콘 웨이퍼의 pn 접합 저항률에 의해 결정됩니다. 이러한 요구 조건을 충족하기 위해서는 높은 저항을 가진 재료가 필요합니다. 수 마이크론에서 수십 마이크론 두께의 저농도 n형 저저항 에피택시층 위에 저농도 도핑된 고저항 n형 재료를 성장시켜 트랜지스터를 제작하는 이 방법은, 높은 저항률에 의해 요구되는 높은 항복 전압과 낮은 기판 저항률에 의해 요구되는 낮은 컬렉터 직렬 저항 사이의 모순을 해결합니다.
기상 에피택셜 성장은 반도체 분야에서 가장 초기에 적용된 성숙된 에피택셜 성장 기술 중 하나로, 반도체 과학 발전에 중요한 역할을 해왔으며 반도체 재료 및 소자의 품질 향상과 성능 개선에 크게 기여했습니다. 현재 반도체 단결정 에피택셜 박막 제조에 가장 중요한 방법은 화학 기상 증착(CVD)입니다. CVD는 고체 표면에서 기체 물질을 이용하여 화학 반응을 일으켜 고체 증착물을 생성하는 공정입니다. CVD 기술은 고품질 단결정 박막을 원하는 도핑 농도와 두께로 성장시킬 수 있고, 대량 생산이 용이하여 산업계에서 널리 사용되고 있습니다. 산업 현장에서 CVD로 제조된 에피택셜 웨이퍼는 종종 하나 이상의 매몰층을 가지는데, 이 매몰층은 확산이나 이온 주입을 통해 소자 구조와 도핑 분포를 제어하는 데 사용될 수 있습니다. CVD 에피택셜 층의 물리적 특성은 벌크 재료와 다르며, 산소와 탄소 함량이 일반적으로 매우 낮다는 것이 CVD 에피택셜 층의 장점입니다. 하지만 CVD 에피택셜 층은 자가 도핑이 쉽게 발생하므로 실제 응용 분야에서는 에피택셜 층의 자가 도핑을 줄이기 위한 특정 조치를 취해야 합니다. CVD 기술은 여전히 일부 측면에서 경험적 공정 단계에 머물러 있으므로 보다 심층적인 연구가 필요하며, 이를 통해 CVD 기술의 지속적인 발전을 이룰 수 있습니다.
CVD 성장 메커니즘은 매우 복잡하며, 화학 반응에는 일반적으로 다양한 성분과 물질이 포함되어 여러 중간 생성물을 생성할 수 있고, 온도, 압력, 가스 유량 등과 같은 많은 독립 변수가 존재합니다. 에피택시 공정은 여러 단계를 거치며, 각 단계는 서로 발전하고 개선됩니다. 에피택시 공정은 여러 단계가 순차적으로 진행되며, 상호 확장되고 완벽해집니다. CVD 에피택시 성장의 공정과 메커니즘을 분석하기 위해서는 먼저 기체상에서 반응 물질의 용해도, 다양한 기체의 평형 부분 압력, 동역학적 및 열역학적 과정을 명확히 해야 합니다. 그런 다음 기체상에서 기판 표면으로의 반응 기체 물질 이동, 기체 흐름과 기판 표면 사이의 경계층 형성, 핵 생성, 표면 반응, 확산 및 이동을 이해하고, 최종적으로 원하는 박막을 생성하는 과정을 파악해야 합니다. CVD 성장 공정에서 반응기의 개발과 발전은 매우 중요한 역할을 하며, 에피택시층의 품질을 크게 좌우합니다. 에피택셜 층의 표면 형태, 격자 결함, 불순물의 분포 및 제어, 에피택셜 층의 두께 및 균일성은 소자 성능과 수율에 직접적인 영향을 미칩니다.
이 기사는 다음에서 발표했습니다.진공 코팅기 제조업체광둥진화
게시 시간: 2024년 5월 4일