रासायनिक बाष्प निक्षेपण

एपिटॅक्सियल वाढ, जिला अनेकदा एपिटॅक्सी असेही म्हटले जाते, ही सेमीकंडक्टर सामग्री आणि उपकरणांच्या निर्मितीमधील सर्वात महत्त्वाच्या प्रक्रियांपैकी एक आहे. तथाकथित एपिटॅक्सियल वाढ म्हणजे विशिष्ट परिस्थितीत एकल क्रिस्टल सब्सट्रेटवर एकल उत्पादन फिल्मचा थर वाढवण्याची प्रक्रिया होय. एकल-क्रिस्टल फिल्मच्या वाढीला एपिटॅक्सियल थर म्हणतात. एपिटॅक्सियल तंत्रज्ञान हे १९६० च्या दशकाच्या सुरुवातीला सिलिकॉन एकल-क्रिस्टल पातळ फिल्मच्या संशोधनाच्या आधारावर उदयास आले आणि आता जवळपास अर्ध्या शतकाच्या विकासानंतर, लोकांना विशिष्ट परिस्थितीत विविध प्रकारच्या सेमीकंडक्टर फिल्म्सची एपिटॅक्सियल वाढ साकारता आली आहे. एपिटॅक्सियल तंत्रज्ञानाने सेमीकंडक्टर डिस्क्रीट घटक आणि एकात्मिक सर्किट्समधील अनेक समस्या सोडवल्या आहेत, ज्यामुळे उपकरणांची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारली आहे. एपिटॅक्सियल फिल्मची जाडी आणि डोपिंग गुणधर्म अधिक अचूकपणे नियंत्रित केले जाऊ शकतात, या वैशिष्ट्यामुळे सेमीकंडक्टर एकात्मिक सर्किट्सचा जलद विकास झाला आहे आणि ते अधिक परिपूर्ण टप्प्यात पोहोचले आहेत. सिलिकॉन एकल क्रिस्टलला कापून, घासून, पॉलिश करून आणि इतर प्रक्रिया तंत्रांनी पॉलिश केलेले शीट मिळवले जाते, ज्यावर डिस्क्रीट घटक आणि एकात्मिक सर्किट्स बनवता येतात. परंतु अनेक प्रसंगी ही पॉलिश केलेली शीट केवळ सबस्ट्रेटसाठी यांत्रिक आधार म्हणून वापरली जाते, ज्यामध्ये प्रथम योग्य प्रकारची चालकता आणि रोधकता असलेल्या सिंगल-क्रिस्टल फिल्मचा थर वाढवणे आवश्यक असते आणि नंतर त्या सिंगल-क्रिस्टल फिल्ममध्ये डिस्क्रीट घटक किंवा इंटिग्रेटेड सर्किट्स तयार केले जातात. ही पद्धत, उदाहरणार्थ, सिलिकॉन हाय-फ्रिक्वेन्सी हाय-पॉवर ट्रान्झिस्टरच्या उत्पादनात, ब्रेकडाउन व्होल्टेज आणि सिरीज रेझिस्टन्स यांच्यातील संघर्ष सोडवण्यासाठी वापरली जाते. ट्रान्झिस्टरच्या कलेक्टरला उच्च ब्रेकडाउन व्होल्टेजची आवश्यकता असते, जे सिलिकॉन वेफरच्या पीएन जंक्शनच्या रोधकतेद्वारे निर्धारित केले जाते. ही आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी, उच्च रोधकता असलेल्या सामग्रीची आवश्यकता असते. लोक एपिटॅक्सियल थरावर जास्त डोप केलेल्या एन-टाइप कमी-रोधक सामग्रीवर काही ते डझनभर मायक्रॉन जाडीचा हलका डोप केलेला उच्च-रोधक एन-टाइप थर देतात, ज्यामुळे एपिटॅक्सियल थरात ट्रान्झिस्टरचे उत्पादन होते. यामुळे उच्च रोधकतेमुळे आवश्यक असलेला उच्च ब्रेकडाउन व्होल्टेज आणि कमी सबस्ट्रेट रोधकतेमुळे आवश्यक असलेला कमी कलेक्टर सिरीज रेझिस्टन्स यांच्यातील विरोधाभास सुटतो.

गॅस-फेज एपिटॅक्सियल ग्रोथ हे सेमीकंडक्टर क्षेत्रातील अधिक प्रगत एपिटॅक्सियल ग्रोथ तंत्रज्ञानाचे सर्वात जुने उपयोजन आहे, जे सेमीकंडक्टर विज्ञानाच्या विकासात महत्त्वाची भूमिका बजावते आणि सेमीकंडक्टर सामग्री व उपकरणांची गुणवत्ता आणि त्यांच्या कार्यक्षमतेत सुधारणा करण्यासाठी मोठे योगदान देते. सध्या, सेमीकंडक्टर सिंगल क्रिस्टल एपिटॅक्सियल फिल्म तयार करण्याची सर्वात महत्त्वाची पद्धत म्हणजे केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (CVD). तथाकथित केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन म्हणजे, घन पृष्ठभागावर वायूयुक्त पदार्थांच्या रासायनिक अभिक्रियेद्वारे घन साठे तयार करण्याची प्रक्रिया. CVD तंत्रज्ञानाद्वारे उच्च-गुणवत्तेच्या सिंगल-क्रिस्टल फिल्म्स वाढवता येतात, आवश्यक डोपिंग प्रकार आणि एपिटॅक्सियल जाडी मिळवता येते, मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन करणे सोपे होते आणि म्हणूनच उद्योगात त्याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. उद्योगात, CVD द्वारे तयार केलेल्या एपिटॅक्सियल वेफरमध्ये अनेकदा एक किंवा अधिक बरीड लेयर्स (buried layers) असतात, ज्यांचा उपयोग डिफ्यूजन (diffusion) किंवा आयन इम्प्लांटेशन (ion implantation) द्वारे उपकरणाची रचना आणि डोपिंग वितरण नियंत्रित करण्यासाठी केला जाऊ शकतो; सीव्हीडी एपिटॅक्सियल थराचे भौतिक गुणधर्म मूळ पदार्थापेक्षा वेगळे असतात आणि एपिटॅक्सियल थरातील ऑक्सिजन व कार्बनचे प्रमाण सामान्यतः खूप कमी असते, हा त्याचा एक फायदा आहे. तथापि, सीव्हीडी एपिटॅक्सियल थरात सहजपणे सेल्फ-डोपिंग तयार होते, त्यामुळे व्यावहारिक उपयोगांमध्ये एपिटॅक्सियल थरातील सेल्फ-डोपिंग कमी करण्यासाठी काही उपाययोजना करणे आवश्यक असते. सीव्हीडी तंत्रज्ञान अजूनही काही बाबतीत प्रायोगिक प्रक्रियेच्या अवस्थेत आहे, आणि यावर अधिक सखोल संशोधन करण्याची गरज आहे, जेणेकरून सीव्हीडी तंत्रज्ञानाचा विकास सतत होत राहील.

सीव्हीडी (CVD) वाढीची यंत्रणा खूप गुंतागुंतीची आहे. रासायनिक अभिक्रियेमध्ये सामान्यतः विविध घटक आणि पदार्थांचा समावेश असतो, ज्यामुळे अनेक मध्यवर्ती उत्पादने तयार होऊ शकतात. तसेच, तापमान, दाब, वायू प्रवाहाचा दर इत्यादी अनेक स्वतंत्र चल घटक असतात. एपिटॅक्सियल प्रक्रियेमध्ये अनेक टप्पे एकामागून एक येतात, जे एकमेकांना विकसित आणि सुधारित करतात. एपिटॅक्सियल प्रक्रियेमध्ये अनेक क्रमिक, परस्पर विस्तारणारे आणि परिपूर्ण करणारे टप्पे असतात. सीव्हीडी एपिटॅक्सियल वाढीची प्रक्रिया आणि यंत्रणा यांचे विश्लेषण करण्यासाठी, सर्वप्रथम वायू अवस्थेतील अभिक्रियाशील पदार्थांची विद्राव्यता, विविध वायूंचा समतोल आंशिक दाब, तसेच गतिज आणि औष्णिक प्रक्रिया स्पष्ट करणे आवश्यक आहे. त्यानंतर, अभिक्रियाशील वायूंचे वायू अवस्थेतून सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागापर्यंत होणारे वस्तुमान वहन, वायू प्रवाह आणि सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागाच्या सीमास्तराची निर्मिती, केंद्रकाची वाढ, तसेच पृष्ठभागावरील अभिक्रिया, विसरण आणि स्थलांतर या प्रक्रिया समजून घेणे आवश्यक आहे, आणि अशा प्रकारे अंतिमतः इच्छित थर तयार होतो. सीव्हीडीच्या वाढ प्रक्रियेमध्ये, रिॲक्टरचा विकास आणि प्रगती महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते, जी मोठ्या प्रमाणावर एपिटॅक्सियल थराची गुणवत्ता निश्चित करते. एपिटॅक्सियल थराची पृष्ठभागीय रचना, जालक दोष, अशुद्धींचे वितरण आणि नियंत्रण, तसेच एपिटॅक्सियल थराची जाडी आणि एकसमानता यांचा उपकरणाच्या कार्यक्षमतेवर आणि उत्पादनक्षमतेवर थेट परिणाम होतो.

हा लेख यांनी प्रसिद्ध केला आहेव्हॅक्यूम कोटिंग मशीन उत्पादकग्वांगडोंग झेन्हुआ