O crescimento epitaxial, também conhecido como epitaxia, é um dos processos mais importantes na fabricação de materiais e dispositivos semicondutores. O chamado crescimento epitaxial consiste no crescimento de uma camada de um único produto sobre um substrato monocristalino sob certas condições. O crescimento desse filme monocristalino é chamado de camada epitaxial. A tecnologia epitaxial surgiu no início da década de 1960, durante a pesquisa de filmes finos de silício monocristalino. A partir daí, desenvolveu-se ao longo de quase meio século, possibilitando a obtenção de diversos filmes semicondutores sob condições específicas de crescimento epitaxial. A tecnologia epitaxial solucionou muitos problemas em componentes discretos semicondutores e circuitos integrados, melhorando significativamente o desempenho dos dispositivos. O filme epitaxial permite um controle mais preciso de sua espessura e propriedades de dopagem, característica que impulsionou o rápido desenvolvimento de circuitos integrados semicondutores, levando-os a um estágio de perfeição. O silício monocristalino é obtido por meio de técnicas de corte, retificação, polimento e outros processos, resultando em uma lâmina polida que permite a fabricação de componentes discretos e circuitos integrados. No entanto, em muitas ocasiões, essa lâmina polida serve apenas como suporte mecânico para o substrato, sendo necessário, primeiramente, depositar uma camada de filme monocristalino com a condutividade e resistividade adequadas, para então produzir os componentes discretos ou circuitos integrados sobre esse filme monocristalino. Esse método é utilizado, por exemplo, na produção de transistores de silício de alta frequência e alta potência, resolvendo o conflito entre a tensão de ruptura e a resistência em série. O coletor do transistor requer uma alta tensão de ruptura, que é determinada pela resistividade da junção pn da pastilha de silício. Para atender a esse requisito, são necessários materiais de alta resistividade. Pessoas que utilizam materiais do tipo n de baixa resistência e alta dopagem em uma camada epitaxial de alguns a doze micrômetros de espessura, composta por uma fina camada de material do tipo n de alta resistência e baixa dopagem, para a produção de transistores, resolvem a contradição entre a alta tensão de ruptura exigida pela alta resistividade e a baixa resistência em série do coletor exigida pela baixa resistividade do substrato.
O crescimento epitaxial em fase gasosa é a aplicação mais antiga no campo dos semicondutores de uma tecnologia de crescimento epitaxial mais madura, que desempenha um papel importante no desenvolvimento da ciência dos semicondutores, contribuindo significativamente para a qualidade dos materiais e dispositivos semicondutores e para a melhoria do seu desempenho. Atualmente, a preparação de filmes epitaxiais monocristalinos semicondutores é o método mais importante de deposição química em vapor (CVD). A deposição química em vapor, ou seja, a utilização de substâncias gasosas em uma superfície sólida para gerar depósitos sólidos por meio de reação química, é um processo que permite o crescimento de filmes monocristalinos de alta qualidade, com a obtenção do tipo de dopagem e da espessura epitaxial desejados, facilitando a produção em massa e, portanto, sendo amplamente utilizada na indústria. Na indústria, o wafer epitaxial preparado por CVD geralmente possui uma ou mais camadas enterradas, que podem ser utilizadas para controlar a estrutura do dispositivo e a distribuição da dopagem por difusão ou implantação iônica. As propriedades físicas da camada epitaxial CVD são diferentes das do material em massa, e o teor de oxigênio e carbono da camada epitaxial é geralmente muito baixo, o que representa uma vantagem. No entanto, a camada epitaxial CVD é propensa à autodoagem, sendo necessário, em aplicações práticas, adotar certas medidas para reduzir essa autodoagem. A tecnologia CVD ainda se encontra em alguns aspectos em fase empírica, necessitando de pesquisas mais aprofundadas para que seu desenvolvimento continue.
O mecanismo de crescimento por CVD é muito complexo, envolvendo reações químicas que geralmente incluem uma variedade de componentes e substâncias, podendo produzir diversos produtos intermediários. Além disso, há muitas variáveis independentes, como temperatura, pressão e vazão de gás. O processo epitaxial consiste em uma série de etapas sucessivas de desenvolvimento e aprimoramento mútuos. Para analisar o processo e o mecanismo de crescimento epitaxial por CVD, é fundamental esclarecer a solubilidade das substâncias reativas na fase gasosa, a pressão parcial de equilíbrio de vários gases e os processos cinéticos e termodinâmicos envolvidos. Em seguida, é preciso compreender o transporte de massa dos gases reativos da fase gasosa até a superfície do substrato, a formação da camada limite entre o fluxo de gás e a superfície do substrato, o crescimento do núcleo, bem como a reação superficial, a difusão e a migração, para finalmente gerar o filme desejado. No processo de crescimento por CVD, o desenvolvimento e o progresso do reator desempenham um papel crucial, determinando em grande parte a qualidade da camada epitaxial. A morfologia da superfície da camada epitaxial, os defeitos da rede cristalina, a distribuição e o controle de impurezas, a espessura e a uniformidade da camada epitaxial afetam diretamente o desempenho e o rendimento do dispositivo.
–Este artigo foi publicado porfabricante de máquinas de revestimento a vácuoGuangdongZhenhua
Data da publicação: 04 de maio de 2024