Mitä eroa epitaksilla ja CVD:llä on?

Sirujen valmistuksen ohutkalvopinnoitusprosessissa kaksi teknologiaa mainitaan usein yhdessä, mutta ne ovat kuitenkin pohjimmiltaan erilaisia ​​- epitaksia ja kemiallinen höyrypinnoitus. He ovat kuin serkkuja, jotka molemmat kuuluvat "höyryn kasvu" -perheeseen, mutta niillä on selkeät ominaisuudet ja vahvuudet. Joskus ne ovat selvästi erillisiä; toisinaan ne voivat muuttua toisikseen ja esiintyä rinnakkain tietyissä olosuhteissa.

I. Perusero: yksi on kopiointi, toinen on graffiti

Chemical Vapor Deposition (CVD) on yleisin ohutkalvopinnoitusmenetelmä. Sen periaate on yksinkertainen: kohdeelementtiä sisältävä kaasu johdetaan reaktiokammioon, jossa kuumennetulla kiekon pinnalla tapahtuu kemiallinen reaktio muodostaen kiinteän ohuen kalvon. CVD:llä tuotetut kalvot voivat olla monikiteisiä, amorfisia tai yksikiteisiä prosessiolosuhteista riippuen. Se on kuin seinän maalaamista – seinän kristallirakenteesta riippumatta maali yksinkertaisesti jähmettyy kalvoksi. CVD-pinnoitetuilla piidioksidilla, piinitridillä, monikiteisellä piillä jne. ei ole tiukkoja hilan sovitusvaatimuksia substraatin kanssa.

Epitafiointi sen sijaan on "jalo haara" CVD-perheessä. Sen vaatimukset ovat paljon tiukemmat: kerrostetulla kalvolla on oltava sama kiderakenne ja suuntaus kuin substraatilla, jolloin atomit "kasvavat" kerros kerrokselta toistaakseen täydellisesti substraatin hilajärjestelyn. Epitaksi on kuin käyttäisi samaa mallia tiilien kopioimiseen – vasta rakennetun seinän on kohdistettava täydellisesti vanhan seinän tiililiitokset. Epitaksiaaliset kerrokset ovat tyypillisesti yksikiteistä piitä, germaniumpiitä, piikarbidia jne., joita käytetään avainrakenteiden, kuten transistorien aktiivisen alueen ja heteroliitoskohtien, rakentamiseen.

Yksinkertaisesti sanottuna kaikki epitaksia on CVD, mutta kaikki CVD ei ole epitaksia. Epitaksi on CVD:n "yksikiteinen replikaatio" tietyissä olosuhteissa.

II. Erot prosessiolosuhteissa

CVD:llä on erittäin laaja prosessiikkuna. Lämpötilat voivat vaihdella huoneenlämmöstä tuhansiin celsiusasteisiin, paineet ilmanpaineesta muutamaan pascaliin, ja kaasutyypit ovat erittäin erilaisia. Mitä tahansa prosessia, joka sallii kaasun reagoida ja muodostaa kiinteän ohuen kalvon, voidaan kutsua CVD:ksi. Plasmatehostettu CVD voi kerrostaa piinitridiä 300–400 °C:ssa, matalapaineista CVD:tä 600–700 °C:ssa ja ilmakehän paineella CVD:tä yli 900 °C:n lämpötiloissa ja saostaa piidioksidia. CVD:llä ei ole juuri mitään vaatimuksia alustalle – pii, lasi, metallit ja jopa muovit (alhaisissa lämpötiloissa) voidaan kaikki kerrostaa.

Sen sijaan epitafioinnilla on paljon kapeampi prosessiikkuna. Täydellisen yksikidekerroksen kasvattamiseksi kolme tiukkaa ehtoa on täytettävä.

Ensinnäkin alustan on oltava yksikiteinen. Epitaksiaalinen kerros on substraatin kidehilan jatkoa; jos substraatti itsessään on monikiteinen tai amorfinen, yksikiteistä epitaksiaalista kerrosta ei voida kasvattaa.

Toiseksi lämpötilan on oltava riittävän korkea. Piin epitaksia varten lämpötila on tyypillisesti 1000-1200 °C; piikarbidiepitaksia varten lämpötila voi olla jopa 1500-1600 °C. Korkea lämpötila tarjoaa adsorboituneille atomeille riittävän pinnan liikkuvuuden, jolloin ne voivat löytää oikean asemansa kidehilassa.

Kolmanneksi kasvuvauhdin on oltava hidasta. Liian nopea nopeus aiheuttaisi sen, että atomeilla ei ole tarpeeksi aikaa "jonoon asettua", mikä johtaisi monikiteisiin rakenteisiin tai virheisiin. Tyypilliset kasvunopeudet piin epitaksille ovat 0,1-1 mikrometriä minuutissa, kun taas monikiteisen piin CVD-kerrostuminen voi helposti saavuttaa 10 mikrometriä minuutissa.

Lisäksi epitaksia vaatii erittäin korkeaa kammion puhtautta; mistä tahansa epäpuhtausatomista voi tulla vikakeskus, mikä vaarantaa yksittäiskiteen eheyden.

III. Interconversion

Tietyissä olosuhteissa epitaksia ja CVD voidaan muuntaa keskenään.

CVD:stä epitaksiin: Jos substraatti on yksikiteistä piitä ja saostuslämpötila on riittävän korkea ja kasvunopeus riittävän hidas, CVD-prosessi, joka normaalisti tuottaisi monikiteistä piitä, voidaan muuttaa monokiteiseksi epitaksiksi. Esimerkiksi saostus silaanilla alle 900 °C:ssa tuottaa monikiteistä piitä; lämpötilan nostaminen 1050 °C:seen samalla kun silaanin osapainetta alennetaan, mahdollistaa yksikiteisen epitaksiaalisen kerroksen kasvun monokiteiselle piisubstraatille. Tämä on epitaksiaalisen kasvun perusperiaate – lisäämällä pinnan diffuusionopeutta atomeilla on mahdollisuus "löytää" hilan paikkoja.

Epitaksiasta CVD:hen: Jos lämpötila ei ole tarpeeksi korkea tai kasvunopeus on liian nopea, epitaksiaalinen prosessi "degeneroituu" monikiteiseksi tai amorfiseksi kerrostukseksi. Esimerkiksi yrittäminen epitaksiaalisesti kasvattaa piitä alhaisissa lämpötiloissa voi johtaa amorfiseen piin; Suurinopeuksinen epitaksi voi tuoda mukanaan monikiteisiä komponentteja. Teollisuudessa tätä "hajoamista" käytetään joskus tarkoituksella monikiteisten piiohutkalvojen kasvattamiseen. Esimerkiksi kaivannon täytössä kerros amorfista piitä kerrostetaan ensin alhaisessa lämpötilassa puskuriksi ja sitten hehkutetaan korkeassa lämpötilassa sen kiteyttämiseksi.

IV. Rinnakkaiselo ja symbioosi

Edistyneissä valmistusprosesseissa epitaksi ja CVD esiintyvät usein rinnakkain samassa laitteessa ja jopa toimivat yhteistyössä samassa prosessivaiheessa.

Selektiivinen epitaksi on tyypillinen esimerkki. Lähde-viemäröintiprosesseissa epitaksiaalista piitä on kasvatettava valikoivasti esillä olevilla yksikiteisillä piialueilla, kun taas mikään ei kasva piidioksidin tai piinitridin eristysalueilla. Tämä prosessi on itse asiassa "kilpailu" epitaksian ja CVD:n välillä – monokiteisen piin pinnalla atomit voivat siirtyä nopeasti ja löytää hilapaikkoja muodostaen epitaksiaalisen kerroksen; eristyspinnoilla atomiytyminen on hidasta ja lopullinen kerrostettu monikiteinen tai amorfinen materiaali voidaan syövytellä pois valikoivasti.

Jatkuva epitaksia ja polykiteinen kerrostaminen: 3D NAND -valmistuksessa joskus on tarpeen ensin kasvattaa monokiteistä piitä epitaksiaalisesti siemenkerroksena ja vaihtaa sitten CVD-tilaan monikiteisen piin kerrostamiseksi kaivantojen täyttämiseksi. Sama epitaksilaite voi vapaasti vaihtaa yksikiteisen ja monikiteisen tilan välillä säätämällä lämpötilaa ja kaasusuhdetta.

Epitaxy + Deposition in Strained Silicon Technology: Germaniumpiitä kasvatetaan epitaksiaalisesti PMOS:n lähde- ja valuma-alueilla, ja piinitridijännitystyyny kerrostetaan samanaikaisesti CVD:llä. Nämä kaksi toimivat yhdessä lisäämään kanavan puristusjännitystä ja parantamaan reiän liikkuvuutta.

V. Johtopäätös

Epitaksi ja CVD edustavat kahta erilaista lähestymistapaa: toinen, pyrkimys "atomitason täydelliseen replikaatioon" ja toinen "tehokkaan kalvonmuodostuksen" pragmatismi. Ne jakavat kaasufaasikemiallisten reaktioiden perusperiaatteet, mutta eroavat kuitenkin merkittävästi kiteiden laadun, lämpötilaikkunan ja kasvunopeuden suhteen. Säätämällä lämpötilaa ja nopeutta ne voidaan muuntaa keskenään; nerokkaan prosessisuunnittelun ansiosta ne voivat olla rinnakkain yhdessä laitteessa ja toimia samassa prosessissa. Juuri tämä harmoninen yhteistyö näiden kahden serkun välillä antaa siruille mahdollisuuden omistaa sekä täydelliset yksikiteiset kanavat että tiheät monikiteiset portit ja eristävät dielektriset kerrokset, jotka tukevat miljardien transistorien upeaa rakennusta, jotka toimivat yhdessä.

Semicorex tarjoaa korkealaatuistaCVD-pinnoitetuotteet. Jos sinulla on kysyttävää tai tarvitset lisätietoja, älä epäröi ottaa meihin yhteyttä.

Puhelinnumero +86-13567891907

Sähköposti: sales@semicorex.com