Kakšne so razlike med epitaksijo in CVD

V postopku tankoslojnega nanašanja pri izdelavi čipov se dve tehnologiji pogosto omenjata skupaj, vendar sta bistveno različni – epitaksija in kemično naparjevanje. Sta kot bratranca, oba pripadata družini "parne rasti", vendar imata različne značilnosti in prednosti. Včasih sta jasno ločena; drugič se lahko spremenijo drug v drugega in sobivajo pod določenimi pogoji.

I. Temeljna razlika: eno je kopiranje, drugo pa grafiti

Kemično parno nanašanje (CVD) je najpogostejša metoda tankoslojnega nanašanja. Njegovo načelo je preprosto: plin, ki vsebuje ciljni element, se vnese v reakcijsko komoro, kjer na segreti površini rezin pride do kemične reakcije, ki ustvari trden tanek film. Filmi, ustvarjeni s CVD, so lahko polikristalni, amorfni ali monokristalni, odvisno od pogojev postopka. To je kot pleskanje stene – ne glede na kristalno strukturo stene se barva preprosto strdi v film. Silicijev dioksid, silicijev nitrid, polikristalni silicij itd., nanesen s CVD, nimajo strogih zahtev glede ujemanja mreže s substratom.

Epitafiranje pa je »žlahtna veja« v družini CVD. Njegove zahteve so veliko strožje: nanešen film mora imeti enako kristalno strukturo in orientacijo kot substrat, z atomi, ki "rastejo" plast za plastjo, da popolnoma posnemajo razporeditev mreže substrata. Epitaksija je kot uporaba iste šablone za kopiranje opek – na novo zgrajena stena mora popolnoma poravnati opečne spoje stare stene. Epitaksialne plasti so običajno monokristalni silicij, germanijev silicij, silicijev karbid itd., ki se uporabljajo za izdelavo ključnih struktur, kot so aktivno območje in heterospojnice tranzistorjev.

Preprosto povedano, vsaka epitaksija je KVB, niso pa vse KVB epitaksija. Epitaksija je način "enokristalne replikacije" CVD, dosežen pod posebnimi pogoji.

II. Razlike v pogojih postopka

CVD ima zelo široko procesno okno. Temperature se lahko gibljejo od sobne temperature do tisoč stopinj Celzija, tlaki od atmosferskega tlaka do nekaj Pascalov, vrste plinov pa so izjemno raznolike. Vsak proces, ki omogoča, da plin reagira in tvori trden tanek film, lahko imenujemo CVD. CVD s plazmo lahko odloži silicijev nitrid pri 300–400 °C, CVD pri nizkem tlaku pri 600–700 °C in CVD pri atmosferskem tlaku pri temperaturah nad 900 °C, pri čemer se odloži silicijev dioksid. CVD nima skoraj nobenih zahtev za substrat - nanese se lahko silicij, steklo, kovine in celo plastika (pri nizkih temperaturah).

Epitafiranje pa ima veliko ožje procesno okno. Za pridelavo popolne monokristalne plasti morajo biti izpolnjeni trije strogi pogoji.

Prvič, podlaga mora biti monokristalna. Epitaksialna plast je nadaljevanje kristalne mreže substrata; če je sam substrat polikristalen ali amorfen, enokristalne epitaksialne plasti ni mogoče gojiti.

Drugič, temperatura mora biti dovolj visoka. Za silikonsko epitaksijo je temperatura tipično 1000-1200 °C; za epitaksijo s silicijevim karbidom lahko temperatura doseže celo 1500-1600 °C. Visoka temperatura zagotavlja zadostno površinsko mobilnost za adsorbirane atome, kar jim omogoča, da najdejo svoje pravilne položaje v kristalni mreži.

Tretjič, stopnja rasti mora biti počasna. Prehitra hitrost bi povzročila, da atomi ne bi imeli dovolj časa za "poravnavo", kar bi povzročilo polikristalne strukture ali napake. Tipične stopnje rasti za epitaksijo silicija so 0,1-1 mikrometrov na minuto, medtem ko CVD nanašanje polikristalnega silicija zlahka doseže 10 mikrometrov na minuto.

Poleg tega epitaksija zahteva izredno visoko čistočo komore; vsak atom nečistoče lahko postane središče napake, kar ogrozi celovitost monokristala.

III. Interkonverzija

Pod določenimi pogoji se lahko epitaksija in CVD medsebojno pretvorita.

Od CVD do epitaksije: Če je substrat monokristalni silicij in je temperatura nanašanja dovolj visoka in je stopnja rasti dovolj počasna, se lahko postopek CVD, ki bi običajno proizvedel polikristalni silicij, pretvori v monokristalno epitaksijo. Na primer, nanašanje s silanom pod 900 °C daje polikristalni silicij; zvišanje temperature na 1050 °C ob znižanju parcialnega tlaka silana omogoča rast monokristalne epitaksialne plasti na monokristalnem silicijevem substratu. To je temeljno načelo epitaksialne rasti - s povečanjem hitrosti površinske difuzije imajo atomi možnost "najti" položaje rešetke.

Od epitaksije do CVD: Če temperatura ni dovolj visoka ali je stopnja rasti prehitra, bo epitaksialni proces "degeneriral" v polikristalno ali amorfno nanašanje. Na primer, poskus epitaksialne rasti silicija pri nizkih temperaturah lahko povzroči amorfni silicij; epitaksija pri visokih hitrostih lahko vnese polikristalne komponente. V industriji se ta "degradacija" včasih namerno uporablja za gojenje tankih filmov polikristalnega silicija. Na primer, pri polnjenju jarka se plast amorfnega silicija najprej nanese pri nizki temperaturi kot pufer, nato pa se pri visoki temperaturi žari, da kristalizira.

IV. Sožitje in simbioza

V naprednih proizvodnih procesih epitaksija in CVD pogosto sobivata v isti opremi in celo sodelujeta v istem koraku postopka.

Tipičen primer je selektivna epitaksija. V postopkih dviganja vir-odtok je treba epitaksialni silicij selektivno gojiti v izpostavljenih monokristalnih silicijevih regijah, medtem ko nič ne raste v izolacijskih regijah silicijevega dioksida ali silicijevega nitrida. Ta proces je dejansko "tekmovanje" med epitaksijo in CVD - na površini monokristalnega silicija lahko atomi hitro migrirajo in najdejo položaje rešetke, da tvorijo epitaksialno plast; na izolacijskih površinah je nukleacija atomov počasna in končni naneseni polikristalni ali amorfni material se lahko selektivno jedka.

Neprekinjeno nanašanje epitaksije in polikristalnega: pri proizvodnji 3D NAND je včasih treba najprej epitaksialno vzgojiti monokristalni silicij kot začetno plast in nato preklopiti na način CVD za nanos polikristalnega silicija za zapolnitev jarkov. Ista epitaksialna oprema lahko prosto preklaplja med monokristalnimi in polikristalnimi načini s prilagajanjem razmerja med temperaturo in plinom.

Epitaksija + nanašanje v tehnologiji napetega silicija: germanijev silicij je epitaksialno gojen v območjih izvora in odtoka PMOS, nanj pa se hkrati nanese CVD napetostna blazinica iz silicijevega nitrida. Oba sodelujeta pri uvajanju tlačne napetosti kanala in izboljšanju mobilnosti lukenj.

V. Zaključek

Epitaksija in CVD predstavljata dva različna pristopa: prvi je iskanje "popolne replikacije na atomski ravni", drugi pa pragmatizem "učinkovitega oblikovanja filma". Imajo skupna temeljna načela kemijskih reakcij v plinski fazi, vendar se precej razlikujejo glede kakovosti kristalov, temperaturnega okna in hitrosti rasti. S prilagajanjem temperature in hitrosti se lahko medsebojno pretvorijo; z domiselno zasnovo procesa lahko sobivajo na eni napravi in ​​delujejo v istem procesu. To harmonično sodelovanje med tema bratrancema omogoča, da imajo čipi tako popolne enokristalne kanale kot gosta polikristalna vrata in izolacijske dielektrične plasti, ki podpirajo veličastno zgradbo milijard tranzistorjev, ki delujejo skupaj.

Semicorex ponuja visoko kakovostCVD premazi izdelki. Če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete dodatne podrobnosti, ne oklevajte in stopite v stik z nami.

Kontaktna telefonska številka +86-13567891907

E-pošta: sales@semicorex.com