Epitaxný rast, často označovaný aj ako epitaxia, je jedným z najdôležitejších procesov pri výrobe polovodičových materiálov a zariadení. Takzvaný epitaxný rast spočíva v tom, že za určitých podmienok sa v monokryštalickom substráte rastú vrstvy monokryštalického filmu. Rast monokryštalického filmu sa nazýva epitaxná vrstva (epitaxná technológia). Začiatkom 60. rokov 20. storočia sa v oblasti výskumu tenkých kremíkových monokryštálov objavili a po takmer polstoročnom vývoji boli ľudia schopní za určitých podmienok epitaxného rastu vytvoriť rôzne polovodičové filmy. Epitaxná technológia vyriešila mnoho problémov v oblasti polovodičových diskrétnych súčiastok a integrovaných obvodov, čím výrazne zlepšila výkonnosť zariadení. Epitaxný film umožňuje presnejšie regulovať svoju hrúbku a dopovacie vlastnosti, čo viedlo k rýchlemu vývoju polovodičových integrovaných obvodov a ich dokonalejšiemu vývoju. Kremíkový monokryštál sa získava lešteným plechom, z ktorého sa dajú vyrábať diskrétne súčiastky a integrované obvody. Ale v mnohých prípadoch tento leštený plech slúži len ako mechanická opora pre substrát, v ktorej je potrebné najprv vypestovať vrstvu monokryštálového filmu s vhodným typom vodivosti a rezistivity a potom vyrobiť diskrétne súčiastky alebo integrované obvody v monokryštálovom filme. Táto metóda sa používa napríklad pri výrobe kremíkových vysokofrekvenčných vysokovýkonných tranzistorov, čím sa rieši konflikt medzi prierazným napätím a sériovým odporom. Kolektor tranzistora vyžaduje vysoké prierazné napätie, ktoré je určené odporom pn prechodu kremíkového plátku. Na splnenie tejto požiadavky sú potrebné materiály s vysokým odporom. Ľudia používajú silne dopované materiály typu n s nízkym odporom na epitaxnej vrstve s hrúbkou niekoľko až tucet mikrónov, ľahko dopované vysokoodporové materiály typu n, čím sa tranzistor vyrába v epitaxnej vrstve, čím sa rieši rozpor medzi vysokým prierazným napätím potrebným pre vysoký odpor a nízkym sériovým odporom kolektora potrebným pre nízky odpor substrátu.
Plynovofázový epitaxný rast je najstaršou aplikáciou zrelšej technológie epitaxného rastu v oblasti polovodičov, ktorá zohráva dôležitú úlohu v rozvoji polovodičovej vedy a výrazne prispieva ku kvalite polovodičových materiálov a zariadení a zlepšeniu ich výkonu. V súčasnosti je najdôležitejšou metódou chemickej depozície z plynnej fázy príprava epitaxných filmov polovodičových monokryštálov. Takzvaná chemická depozícia z plynnej fázy, teda chemická reakcia pri použití plynných látok na pevnom povrchu, proces generovania pevných usadenín, umožňuje pestovať vysokokvalitné monokryštálové filmy s požadovaným typom dopovania a epitaxnou hrúbkou, ľahko sa realizuje v hromadnej výrobe a preto sa široko používa v priemysle. V priemysle má epitaxný plátok pripravený CVD často jednu alebo viacero zapustených vrstiev, ktoré možno použiť na riadenie štruktúry zariadenia a distribúcie dopovania difúziou alebo iónovou implantáciou; fyzikálne vlastnosti epitaxnej vrstvy CVD sa líšia od vlastností sypkého materiálu a obsah kyslíka a uhlíka v epitaxnej vrstve je vo všeobecnosti veľmi nízky, čo je jej výhodou. Epitaxná vrstva CVD sa však ľahko samodopuje, v praktických aplikáciách je potrebné prijať určité opatrenia na zníženie samodopovania epitaxnej vrstvy. Technológia CVD je stále v niektorých aspektoch empirického procesu a vyžaduje si hlbší výskum, aby sa technológia CVD naďalej rozvíjala.
Mechanizmus rastu CVD je veľmi zložitý. Chemická reakcia zvyčajne zahŕňa rôzne zložky a látky, môže produkovať množstvo medziproduktov a existuje mnoho nezávislých premenných, ako je teplota, tlak, prietok plynu atď. Epitaxný proces má niekoľko postupných krokov, ktoré sa navzájom vyvíjajú a zlepšujú. Epitaxný proces má mnoho po sebe nasledujúcich, vzájomne sa rozširujúcich a zdokonaľujúcich krokov. Analýza procesu a mechanizmu epitaxného rastu CVD si kladie za cieľ najprv objasniť rozpustnosť reaktívnych látok v plynnej fáze, rovnovážny parciálny tlak rôznych plynov, objasniť kinetické a termodynamické procesy. Potom pochopiť prenos hmoty reaktívnych plynov z plynnej fázy na povrch substrátu, tvorbu hraničnej vrstvy medzi prúdom plynu a povrchom substrátu, rast jadra, ako aj povrchovú reakciu, difúziu a migráciu, a tým nakoniec vytvoriť požadovaný film. V procese rastu CVD zohráva kľúčovú úlohu vývoj a postup reaktora, ktorý do značnej miery určuje kvalitu epitaxnej vrstvy. Povrchová morfológia epitaxnej vrstvy, mriežkové defekty, rozloženie a kontrola nečistôt, hrúbka a rovnomernosť epitaxnej vrstvy priamo ovplyvňujú výkon a výťažnosť zariadenia.
–Tento článok vydávavýrobca vákuových lakovacích strojovGuangdong Zhenhua
Čas uverejnenia: 4. mája 2024