Ķīmiskā tvaiku pārklāšana

Epitaksiālā augšana, ko bieži dēvē arī par epitaksiju, ir viens no svarīgākajiem procesiem pusvadītāju materiālu un ierīču ražošanā. Tā sauktā epitaksiālā augšana notiek noteiktos apstākļos uz monokristāla substrāta, veidojot monoprodukta plēves slāni. Monokristāla plēves augšanu sauc par epitaksiālā slāņa epitaksiālo tehnoloģiju, kas parādījās 20. gs. sešdesmito gadu sākumā silīcija monokristāla plāno plēvju pētījumu pamatā. Gandrīz pusgadsimtu vēlāk cilvēki ir spējuši realizēt dažādas pusvadītāju plēves noteiktos epitaksiālās augšanas apstākļos. Epitaksiālā tehnoloģija ir atrisinājusi daudzas problēmas ar pusvadītāju diskrētajiem komponentiem un integrālajām shēmām, ievērojami uzlabojot ierīces veiktspēju. Epitaksiālā plēve var precīzāk kontrolēt tās biezumu un dopinga īpašības, kas ir novedusi pie pusvadītāju integrālo shēmu straujas attīstības, sasniedzot pilnīgāku līmeni. Silīcija monokristālu var apstrādāt, griežot, slīpējot, pulējot un izmantojot citas apstrādes metodes, lai iegūtu pulētu loksni, no kuras var izgatavot diskrētos komponentus un integrālās shēmas. Taču daudzos gadījumos šī pulētā loksne kalpo tikai kā mehānisks substrāta atbalsts, kurā vispirms ir jāizaudzē monokristāla plēves slānis ar atbilstošu vadītspējas un pretestības veidu un pēc tam monokristāla plēvē jāizgatavo diskrēti komponenti vai integrētās shēmas. Šo metodi izmanto, piemēram, silīcija augstfrekvences lieljaudas tranzistoru ražošanā, lai atrisinātu konfliktu starp sabrukšanas spriegumu un virknes pretestību. Tranzistora kolektoram ir nepieciešams augsts sabrukšanas spriegums, ko nosaka silīcija plāksnes pn pārejas pretestība. Lai izpildītu šo prasību, ir nepieciešami augstas pretestības materiāli. Cilvēki izmanto stipri leģētus n-tipa ar zemu pretestību materiālus uz epitaksiālā slāņa, kas ir no vairākiem līdz divpadsmit mikroniem biezs, viegli leģēts augstas pretestības n-tipa slānis, un tranzistoru ražošanā tiek izmantots epitaksiālais slānis, kas atrisina pretrunu starp augstu sabrukšanas spriegumu, ko prasa augsta pretestība, un zemu kolektora virknes pretestību, ko prasa substrāta zemā pretestība.

Gāzes fāzes epitaksiālā audzēšana ir agrākais nobriedušākas epitaksiālās audzēšanas tehnoloģijas pielietojums pusvadītāju jomā, kam ir svarīga loma pusvadītāju zinātnes attīstībā, ievērojami veicinot pusvadītāju materiālu un ierīču kvalitāti un to veiktspējas uzlabošanu. Pašlaik pusvadītāju monokristālu epitaksiālo plēvju sagatavošana ir vissvarīgākā ķīmiskās tvaiku pārklāšanas metode. Tā sauktā ķīmiskā tvaiku pārklāšana ir gāzveida vielu izmantošana uz cietas virsmas ķīmiskās reakcijas procesā, veidojot cietus nogulsnes. CVD tehnoloģija ļauj izaudzēt augstas kvalitātes monokristālu plēves, lai iegūtu nepieciešamo dopinga veidu un epitaksiālo biezumu, viegli realizējamu masveida ražošanu, tāpēc tā ir plaši izmantota rūpniecībā. Rūpniecībā ar CVD palīdzību sagatavotajām epitaksiālajām plāksnēm bieži ir viens vai vairāki aprakti slāņi, kurus var izmantot, lai kontrolētu ierīces struktūru un dopinga sadalījumu, izmantojot difūziju vai jonu implantāciju; CVD epitaksiālā slāņa fizikālās īpašības atšķiras no masveida materiāla īpašībām, un epitaksiālā slāņa skābekļa un oglekļa saturs parasti ir ļoti zems, kas ir tās priekšrocība. Tomēr CVD epitaksiālais slānis ir viegli veidojams pašdopinga veidā, un praktiskos pielietojumos ir jāveic noteikti pasākumi, lai samazinātu pašdopinga epitaksiālā slāņa daudzumu. CVD tehnoloģija joprojām atrodas empīriskā procesa stadijā, un ir jāveic padziļinātāki pētījumi, lai turpinātu CVD tehnoloģijas attīstību.

CVD augšanas mehānisms ir ļoti sarežģīts, ķīmiskajā reakcijā parasti ir iesaistītas dažādas sastāvdaļas un vielas, var rasties vairāki starpprodukti, un pastāv daudzi neatkarīgi mainīgie, piemēram, temperatūra, spiediens, gāzes plūsmas ātrums utt. Epitaksiālajam procesam ir vairāki secīgi soļi, kas viens otru attīsta un uzlabo. Epitaksiālajam procesam ir daudzi secīgi, savstarpēji paplašinoši un pilnveidojoši soļi. Lai analizētu CVD epitaksiālās augšanas procesu un mehānismu, vispirms ir jānoskaidro reaģējošo vielu šķīdība gāzes fāzē, dažādu gāzu līdzsvara daļējais spiediens, jānoskaidro kinētiskie un termodinamiskie procesi; pēc tam jāizprot reaģējošo gāzu masas transports no gāzes fāzes uz substrāta virsmu, gāzes plūsmas un substrāta virsmas robežslāņa veidošanās, kodola augšana, kā arī virsmas reakcija, difūzija un migrācija, un tādējādi galu galā ģenerēt vēlamo plēvi. CVD augšanas procesā izšķiroša nozīme ir reaktora attīstībai un progresam, kas lielā mērā nosaka epitaksiālā slāņa kvalitāti. Epitaksiālā slāņa virsmas morfoloģija, režģa defekti, piemaisījumu sadalījums un kontrole, epitaksiālā slāņa biezums un vienmērīgums tieši ietekmē ierīces veiktspēju un ražu.

– Šo rakstu publicēvakuuma pārklāšanas mašīnu ražotājsGuandunas Dženhua