Epitaksialna rast, pogosto imenovana tudi epitaksija, je eden najpomembnejših procesov pri izdelavi polprevodniških materialov in naprav. Tako imenovana epitaksialna rast je postopek rasti plasti monokristalnega filma v določenih pogojih v monokristalnem substratu. Rast monokristalnega filma se imenuje epitaksialna plast, epitaksialna tehnologija, ki se je začela v zgodnjih šestdesetih letih prejšnjega stoletja v raziskavah tankih silicijevih monokristalnih filmov. Skoraj pol stoletja po razvoju so ljudje lahko ustvarili različne polprevodniške filme pod določenimi pogoji epitaksialne rasti. Epitaksialna tehnologija je rešila številne težave pri polprevodniških diskretnih komponentah in integriranih vezjih ter znatno izboljšala delovanje naprav. Epitaksialni film omogoča natančnejši nadzor debeline in lastnosti dopiranja, kar je privedlo do hitrega razvoja polprevodniških integriranih vezij in jih naredilo bolj popolne. Z rezanjem, brušenjem, poliranjem in drugimi tehnikami obdelave silicijevega monokristala dobimo polirano ploščo, na kateri lahko izdelamo diskretne komponente in integrirana vezja. Vendar pa ta polirana plošča v mnogih primerih služi le kot mehanska podpora za substrat, v kateri je treba najprej vzgojiti plast monokristalne folije z ustrezno vrsto prevodnosti in upornosti, nato pa v monokristalni foliji izdelati diskretne komponente ali integrirana vezja. Ta metoda se uporablja na primer pri proizvodnji silicijevih visokofrekvenčnih visokozmogljivih tranzistorjev, ki rešuje konflikt med prebojno napetostjo in serijsko upornostjo. Kolektor tranzistorja zahteva visoko prebojno napetost, ki je določena z upornostjo pn spoja silicijeve rezine. Za izpolnitev te zahteve so potrebni materiali z visoko upornostjo. Ljudje uporabljajo močno dopirane materiale tipa n z nizko upornostjo na epitaksialni plasti tipa n, debeline od nekaj do ducat mikronov, z rahlo dopirano visoko upornostjo, za proizvodnjo tranzistorjev v epitaksialni plasti, kar rešuje protislovje med visoko prebojno napetostjo, ki jo zahteva visoka upornost, in nizko serijsko upornostjo kolektorja, ki jo zahteva nizka upornost substrata.
Plinskofazna epitaksialna rast je najzgodnejša uporaba bolj zrele tehnologije epitaksialne rasti na področju polprevodnikov, ki igra pomembno vlogo pri razvoju polprevodniške znanosti, saj močno prispeva h kakovosti polprevodniških materialov in naprav ter izboljšanju njihove zmogljivosti. Trenutno je priprava polprevodniških monokristalnih epitaksialnih filmov najpomembnejša metoda kemičnega nanašanja iz pare. Tako imenovano kemično nanašanje iz pare je postopek kemične reakcije, pri katerem plinaste snovi na trdni površini nastanejo trdne usedline. CVD tehnologija omogoča rast visokokakovostnih monokristalnih filmov, da se doseže zahtevana vrsta dopiranja in epitaksialna debelina, kar je enostavno za masovno proizvodnjo in se zato pogosto uporablja v industriji. V industriji ima epitaksialna rezina, pripravljena s CVD, pogosto eno ali več zakopanih plasti, ki jih je mogoče uporabiti za nadzor strukture naprave in porazdelitve dopiranja z difuzijo ali ionsko implantacijo; fizikalne lastnosti CVD epitaksialne plasti se razlikujejo od lastnosti materiala v razsutem stanju, vsebnost kisika in ogljika v epitaksialni plasti pa je na splošno zelo nizka, kar je njena prednost. Vendar pa se epitaksialna plast CVD enostavno samodopira, zato je v praktični uporabi treba sprejeti določene ukrepe za zmanjšanje samodopirajoče epitaksialne plasti. Tehnologija CVD je še vedno v nekaterih vidikih empiričnega procesa in potrebuje poglobljene raziskave, da se bo tehnologija CVD še naprej razvijala.
Mehanizem rasti CVD je zelo kompleksen. Kemična reakcija običajno vključuje različne komponente in snovi, lahko pa proizvede številne vmesne produkte, pri čemer obstaja veliko neodvisnih spremenljivk, kot so temperatura, tlak, pretok plina itd. Epitaksialni proces ima številne zaporedne korake, ki se medsebojno razvijajo in izboljšujejo. Epitaksialni proces ima veliko zaporednih, medsebojno rastočih in izpopolnjujočih korakov. Za analizo procesa in mehanizma epitaksialne rasti CVD je treba najprej razjasniti topnost reaktivnih snovi v plinski fazi, ravnotežni parcialni tlak različnih plinov, razjasniti kinetične in termodinamične procese. Nato je treba razumeti prenos mase reaktivnih plinov iz plinske faze na površino substrata, nastanek mejne plasti med plinskim tokom in površino substrata, rast jedra ter površinsko reakcijo, difuzijo in migracijo, kar na koncu ustvari želeno plast. V procesu rasti CVD imata ključno vlogo razvoj in napredek reaktorja, ki v veliki meri določa kakovost epitaksialne plasti. Površinska morfologija epitaksialne plasti, napake v kristalni mreži, porazdelitev in nadzor nečistoč, debelina in enakomernost epitaksialne plasti neposredno vplivajo na delovanje in izkoristek naprave.
–Ta članek je objavilproizvajalec strojev za vakuumsko lakiranjeGuangdong Zhenhua
Čas objave: 4. maj 2024