Эпитаксиальный рост, часто также называемый эпитаксией, является одним из важнейших процессов в производстве полупроводниковых материалов и устройств. Так называемый эпитаксиальный рост — это процесс выращивания монокристаллической пленки на подложке в определенных условиях; выращивание монокристаллической пленки называется эпитаксиальным слоем. Эпитаксиальная технология зародилась в начале 1960-х годов в результате исследований тонких пленок монокристаллов кремния, и за почти полвека своего развития стало возможным получение различных полупроводниковых пленок при определенных условиях эпитаксиального роста. Эпитаксиальная технология решила многие проблемы в полупроводниковых дискретных компонентах и интегральных схемах, значительно улучшив характеристики устройств. Эпитаксиальная пленка позволяет более точно контролировать ее толщину и легирующие свойства, что привело к быстрому развитию полупроводниковых интегральных схем и их совершенствованию. Монокристаллы кремния обрабатываются путем нарезки, шлифовки, полировки и другими методами, в результате чего получаются полированные листы, на которых можно изготавливать дискретные компоненты и интегральные схемы. Однако во многих случаях этот полированный лист используется лишь в качестве механической опоры для подложки, в которой сначала необходимо вырастить слой монокристаллической пленки с соответствующим типом проводимости и удельного сопротивления, а затем изготовить дискретные компоненты или интегральные схемы на монокристаллической пленке. Этот метод используется, например, при производстве высокочастотных мощных кремниевых транзисторов, разрешая конфликт между напряжением пробоя и последовательным сопротивлением. Коллектор транзистора требует высокого напряжения пробоя, которое определяется удельным сопротивлением pn-перехода кремниевой пластины. Для удовлетворения этого требования необходимы материалы с высоким сопротивлением. В сильно легированных n-типах материалов с низким сопротивлением на эпитаксиальном слое толщиной от нескольких до десятков микрон наносят слаболегированный n-тип материалов с высоким сопротивлением, что позволяет производить транзисторы на эпитаксиальном слое, решая противоречие между требуемым высоким напряжением пробоя (высокое удельное сопротивление) и требуемым низким последовательным сопротивлением коллектора (низкое удельное сопротивление подложки).
Эпитаксиальный рост в газовой фазе — это самое раннее применение в полупроводниковой области более зрелой технологии эпитаксиального роста, играющее важную роль в развитии полупроводниковой науки, вносящее значительный вклад в качество полупроводниковых материалов и устройств, а также в улучшение их характеристик. В настоящее время наиболее важным методом получения эпитаксиальных пленок из монокристаллов полупроводников является химическое осаждение из газовой фазы (CVD). Так называемое химическое осаждение из газовой фазы (CVD) — это использование газообразных веществ для химической реакции на твердой поверхности, в результате чего образуются твердые осадки. Технология CVD позволяет выращивать высококачественные монокристаллические пленки, получать необходимый тип легирования и эпитаксиальную толщину, легко реализуемую в массовом производстве, и поэтому широко используется в промышленности. В промышленности эпитаксиальные пластины, полученные методом CVD, часто имеют один или несколько скрытых слоев, которые можно использовать для контроля структуры устройства и распределения легирующих примесей путем диффузии или ионной имплантации; физические свойства эпитаксиального слоя, полученного методом CVD, отличаются от свойств объемного материала, а содержание кислорода и углерода в эпитаксиальном слое, как правило, очень низкое, что является его преимуществом. Однако эпитаксиальный слой, полученный методом химического осаждения из газовой фазы (CVD), легко подвергается самолегированию, поэтому в практических приложениях необходимо принимать определенные меры для уменьшения самолегирования эпитаксиального слоя. Технология CVD все еще находится на стадии эмпирического исследования и нуждается в более глубоких исследованиях для дальнейшего развития.
Механизм роста методом CVD очень сложен. В химической реакции обычно участвует множество компонентов и веществ, может образовываться ряд промежуточных продуктов, и существует множество независимых переменных, таких как температура, давление, скорость потока газа и т. д. Эпитаксиальный процесс имеет ряд последовательных этапов, каждый из которых развивается и совершенствуется. Эпитаксиальный процесс включает в себя множество последовательных, взаимно расширяющихся и совершенствующихся стадий. Для анализа процесса и механизма эпитаксиального роста методом CVD, прежде всего, необходимо выяснить растворимость реагирующих веществ в газовой фазе, равновесное парциальное давление различных газов, а также чётко определить кинетические и термодинамические процессы; затем необходимо понять массоперенос реагирующих газов из газовой фазы на поверхность подложки, формирование пограничного слоя между потоком газа и поверхностью подложки, рост зародышей, а также поверхностные реакции, диффузию и миграцию, и, таким образом, в конечном итоге, получение желаемой пленки. В процессе роста методом CVD развитие и продвижение реактора играют решающую роль, во многом определяя качество эпитаксиального слоя. Морфология поверхности эпитаксиального слоя, дефекты кристаллической решетки, распределение и контроль примесей, толщина и однородность эпитаксиального слоя напрямую влияют на характеристики и выход годных изделий устройства.
– Данная статья опубликованапроизводитель вакуумных напыляемых машинГуандун Чжэньхуа
Дата публикации: 04 мая 2024 г.