การเคลือบด้วยไอเคมี CVD บน Si หรือซิลิคอนออกไซด์

Epitaxy หมายถึง"อยู่ด้านบน" หรือ"กำหนดให้กับ" และแสดงถึงกระบวนการที่ชั้นถูกสร้างขึ้นบนอีกชั้นหนึ่งและสืบทอดโครงสร้างผลึกของชั้นนั้น หากชั้นที่ฝากไว้เป็นวัสดุเดียวกันกับสารตั้งต้นที่เราพูดถึง homoepitaxy ถ้า' เป็นวัสดุอื่น' จะเรียกว่า heteroepitaxy กระบวนการที่สำคัญที่สุดใน homoepitaxy คือการสะสมของซิลิคอนบนซิลิคอน ใน heteroepitaxy โดยปกติชั้นซิลิกอนจะวางอยู่บนฉนวนเช่นออกไซด์ (Silicon On Insulator: SOI) การสะสมไอเคมี (CVD) เป็นกระบวนการเคลือบที่ใช้ความร้อน หรือปฏิกิริยาเคมีที่เหนี่ยวนำด้วยไฟฟ้าที่พื้นผิวของซับสเตรตที่ให้ความร้อนด้วยรีเอเจนต์ที่จ่ายในรูปก๊าซ CVD เป็นวิธีการสะสมที่ใช้ในการผลิตวัสดุแข็งคุณภาพสูง ประสิทธิภาพสูง โดยทั่วไปภายใต้สุญญากาศ ฟิล์มบางหรือสารเคลือบเกิดจากปฏิกิริยาการแยกตัวหรือปฏิกิริยาเคมีของสารตั้งต้นที่เป็นแก๊สในสภาพแวดล้อมที่ถูกกระตุ้น (ความร้อน แสง พลาสมา)

โฮโมอิพิแทกซี

ขึ้นอยู่กับกระบวนการ เวเฟอร์สามารถส่งจากผู้ผลิตเวเฟอร์ที่มีชั้น epitaxial (เช่นสำหรับเทคโนโลยี CMOS) หรือผู้ผลิตชิปจะต้องสร้างมันเอง (เช่นในเทคโนโลยีไบโพลาร์)

ในฐานะที่เป็นก๊าซสำหรับสร้างชั้น epitactical ไฮโดรเจนบริสุทธิ์จะถูกใช้ร่วมกับไซเลน (SiH₄), ไดคลอโรซิเลน (SiH .)₂Cl₂) หรือซิลิกอนเตตระคลอไรด์ (SiCl₄). ที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาเซลเซียส ก๊าซจะแยกตัวออกจากซิลิกอน ซึ่งเกาะอยู่บนพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ ซิลิกอนสืบทอดโครงสร้างของสารตั้งต้นและเติบโตขึ้นเรื่อยๆ ด้วยเหตุผลด้านพลังงาน เพื่อที่จะไม่เติบโตเป็นพอลิคริสตัลลีน ซิลิคอน เราต้องเอาชนะปัญหาการขาดแคลนอะตอมของซิลิกอนเสมอ เช่น ซิลิกอนจะมีให้น้อยลงเสมอเนื่องจากวัสดุสามารถเติบโตได้จริง เมื่อใช้ซิลิกอนเตตระคลอไรด์ ปฏิกิริยาจะดำเนินการในสองขั้นตอน:

เพื่อสืบทอดพื้นผิว's การวางแนวพื้นผิวจะต้องชัดเจนอย่างแน่นอน จึงสามารถใช้ปฏิกิริยาสมดุลได้ ปฏิกิริยาทั้งสองสามารถเกิดขึ้นได้ในอีกทิศทางหนึ่ง ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของก๊าซ หากมีไฮโดรเจนเพียงเล็กน้อยในบรรยากาศ เช่นเดียวกับในกระบวนการไตรคลอโรซิเลนสำหรับการทำให้ซิลิคอนดิบบริสุทธิ์ วัสดุจะถูกลบออกจากพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนเนื่องจากมีความเข้มข้นของคลอรีนสูง เฉพาะเมื่อมีความเข้มข้นของการเจริญเติบโตของไฮโดรเจนเพิ่มขึ้นเท่านั้น

ด้วย SiCl₄อัตราการสะสมอยู่ที่ประมาณ 1 ถึง 2 ไมครอนต่อนาที เนื่องจากซิลิกอนโมโนคริสตัลไลน์เติบโตบนพื้นผิวเปล่าเท่านั้น บางพื้นที่สามารถปิดบังด้วยออกไซด์ซึ่งซิลิคอนจะเติบโตเป็นโพลีคริสตัลไลน์ อย่างไรก็ตาม พอลิซิลิกอนนี้สลักได้ง่ายมากเมื่อเทียบกับซิลิกอนผลึกเดี่ยวผ่านปฏิกิริยาย้อนกลับ ไดโบราเน่ (B₂H₆) หรือฟอสฟีน (PH₃) ถูกเติมเข้าไปในก๊าซในกระบวนการ เพื่อสร้างชั้นสารเจือ เนื่องจากก๊าซยาสลบสลายตัวที่อุณหภูมิสูงและสารเจือปนรวมอยู่ในตะแกรงผลึก

กระบวนการสร้างชั้น epitactical ที่บ้านเกิดขึ้นภายใต้บรรยากาศสุญญากาศ ดังนั้นห้องกระบวนการจะถูกให้ความร้อนถึง 1200 ° C เพื่อขจัดออกไซด์ดั้งเดิมซึ่งมักปรากฏอยู่บนพื้นผิวซิลิกอน ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น เนื่องจากความเข้มข้นของไฮโดรเจนต่ำจึงเกิดการกัดกลับบนพื้นผิวซิลิกอน สามารถใช้ทำความสะอาดพื้นผิวก่อนเริ่มกระบวนการจริงได้ หากความเข้มข้นของแก๊สแปรผันหลังการทำความสะอาด การสะสมจะเริ่มขึ้น

ภาพประกอบของเครื่องปฏิกรณ์แบบบาร์เรลสำหรับกระบวนการ epitacticaltactic

เนื่องจากอุณหภูมิในกระบวนการสูง'sa การแพร่กระจายของสารเจือปนในซับสเตรตหรือสิ่งเจือปน ซึ่งเคยใช้ในกระบวนการก่อนหน้านี้ สามารถย้ายไปยังซับสเตรต ถ้า SiH₂Cl₂หรือ SiH₄ถูกใช้ที่นั่น's ไม่ต้องการอุณหภูมิสูงเช่นนี้ ดังนั้นก๊าซเหล่านี้จึงถูกใช้เป็นหลัก เพื่อให้ได้กระบวนการกัดกลับเพื่อทำความสะอาดพื้นผิว จะต้องเพิ่ม HCl แยกต่างหาก ข้อเสียของไซเลนนี้คือ พวกมันก่อตัวเป็นเชื้อโรคในบรรยากาศก่อนจะสะสมตัว ดังนั้นคุณภาพของชั้นจึงไม่ดีเท่ากับ SiCl₄.