Mis vahe on epitaksial ja CVD-l?

Kiipide valmistamise õhukese kile sadestamise protsessis mainitakse sageli kahte tehnoloogiat koos, kuid need on põhimõtteliselt erinevad - epitaksiline ja keemiline aurustamine-sadestamine. Nad on nagu nõod, mõlemad kuuluvad "aurude kasvu" perekonda, kuid neil on erinevad omadused ja tugevused. Mõnikord on need selgelt eraldatud; muul ajal võivad nad muutuda üksteiseks ja eksisteerida koos teatud tingimustel.

I. Põhiline erinevus: üks on kopeerimine, teine ​​on grafiti

Keemiline aurustamine-sadestamine (CVD) on kõige levinum õhukese kile sadestamise meetod. Selle põhimõte on lihtne: sihtelementi sisaldav gaas juhitakse reaktsioonikambrisse, kus kuumutatud vahvli pinnal toimub keemiline reaktsioon, mis tekitab tahke õhukese kile. CVD-ga genereeritud kiled võivad olenevalt protsessi tingimustest olla polükristallilised, amorfsed või ühekristallilised. See on nagu seina värvimine – sõltumata seina kristallstruktuurist, värv lihtsalt tahkub kileks. CVD-sadestatud ränidioksiidil, räninitriidil, polükristallilisel ränil jne ei ole rangeid aluspinnaga sobitamise nõudeid.

Epitaafimine seevastu on CVD perekonnas "üllas haru". Selle nõuded on palju rangemad: sadestatud kilel peab olema substraadiga sama kristallstruktuur ja orientatsioon, kusjuures aatomid "kasvavad" kiht-kihilt, et jäljendada täiuslikult substraadi võre paigutust. Epitaksia on nagu sama malli kasutamine telliste kopeerimiseks – vastvalminud sein peab vana seina telliskivivuugid ideaalselt ühtlustama. Epitaksiaalsed kihid on tavaliselt ühekristalliline räni, germaaniumräni, ränikarbiid jne, mida kasutatakse võtmestruktuuride, nagu transistoride aktiivne piirkond ja heteroühendused, ehitamiseks.

Lihtsamalt öeldes on kogu epitaksia CVD, kuid mitte kõik CVD on epitaksia. Epitaksia on CVD "ühekristalliline replikatsiooni" režiim, mis saavutatakse teatud tingimustes.

II. Protsessi tingimuste erinevused

CVD-l on väga lai protsessiaken. Temperatuurid võivad ulatuda toatemperatuurist tuhandete kraadideni Celsiuse järgi, rõhk atmosfäärirõhust mõne pascalini ning gaaside tüübid on äärmiselt mitmekesised. Iga protsessi, mis võimaldab gaasil reageerida ja moodustada tahke õhukese kile, võib nimetada CVD-ks. Plasma täiustatud CVD suudab sadestada räninitriidi temperatuuril 300–400 °C, madalrõhu CVD-d temperatuuril 600–700 °C ja atmosfäärirõhul CVD-ga temperatuuril üle 900 °C, sadestades ränidioksiidi. CVD-l pole substraadile peaaegu mingeid nõudeid – räni, klaas, metallid ja isegi plastikud (madala temperatuuri tingimustes) võivad kõik sadestuda.

Epitafeerimisel on seevastu palju kitsam protsessiaken. Täiusliku ühekristallkihi kasvatamiseks peavad olema täidetud kolm ranget tingimust.

Esiteks peab aluspind olema ühekristalliline. Epitaksiaalne kiht on substraadi kristallvõre jätk; kui substraat ise on polükristalliline või amorfne, ei saa kasvatada ühekristallilist epitaksiaalset kihti.

Teiseks peab temperatuur olema piisavalt kõrge. Räni epitaksi puhul on temperatuur tavaliselt 1000–1200 °C; ränikarbiidi epitaksi puhul võib temperatuur ulatuda isegi 1500-1600°C-ni. Kõrge temperatuur tagab adsorbeeritud aatomitele piisava pinna liikuvuse, võimaldades neil leida kristallvõres oma õiged asukohad.

Kolmandaks peab kasvutempo olema aeglane. Liiga kiire kiirus põhjustab selle, et aatomitel ei jää piisavalt aega "joondumiseks", mille tulemuseks on polükristallilised struktuurid või defektid. Räni epitaksia tüüpilised kasvukiirused on 0,1–1 mikromeetrit minutis, samas kui polükristallilise räni CVD-sadestamine võib kergesti ulatuda 10 mikromeetrini minutis.

Lisaks nõuab epitaksika kambri ülikõrget puhtust; mis tahes lisandi aatom võib muutuda defektikeskuseks, mis kahjustab monokristalli terviklikkust.

III. Interkonversioon

Teatud tingimustel saab epitaksi ja CVD-d omavahel teisendada.

CVD-st epitaksiani: kui substraat on monokristalliline räni ja sadestamistemperatuur on piisavalt kõrge ja kasvukiirus piisavalt aeglane, saab CVD-protsessi, mis tavaliselt toodab polükristallilist räni, muuta monokristallseks epitaksiks. Näiteks sadestamine silaaniga temperatuuril alla 900 °C annab polükristallilise räni; temperatuuri tõstmine 1050 °C-ni ja samal ajal silaani osarõhu alandamine võimaldab monokristallilisel ränisubstraadil monokristallilise epitaksiaalse kihi kasvamist. See on epitaksiaalse kasvu aluspõhimõte – pinna difusioonikiirust suurendades on aatomitel võimalus võre asukohti "leida".

Epitaksiast CVD-ni: kui temperatuur ei ole piisavalt kõrge või kasvukiirus on liiga kiire, "degenereerub" epitaksiaalne protsess polükristalliliseks või amorfseks ladestumiseks. Näiteks räni epitaksiaalse kasvatamise katse madalatel temperatuuridel võib põhjustada amorfse räni; suure kiirusega epitaksia võib lisada polükristallilisi komponente. Tööstuses kasutatakse seda "lagunemist" mõnikord teadlikult polükristallilise räni õhukeste kilede kasvatamiseks. Näiteks kaeviku täitmisel sadestatakse amorfse räni kiht esmalt madalal temperatuuril puhvrina ja seejärel lõõmutatakse selle kristalliseerimiseks kõrgel temperatuuril.

IV. Kooseksisteerimine ja sümbioos

Täiustatud tootmisprotsessides eksisteerivad epitaksia ja CVD sageli samades seadmetes ja isegi teevad koostööd samas protsessietapis.

Tüüpiline näide on selektiivne epitaksia. Lähte-äravoolu tõsteprotsessides tuleb epitaksiaalset räni selektiivselt kasvatada avatud monokristallilise räni piirkondades, samas kui ränidioksiidi või räninitriidi isolatsioonipiirkondades ei kasva midagi. See protsess on tegelikult "konkurents" epitaksi ja CVD vahel – monokristallilise räni pinnal võivad aatomid kiiresti migreeruda ja leida võre positsioone, moodustades epitaksiaalse kihi; isoleerivatel pindadel on aatomituumade moodustumine aeglane ja lõplikult sadestunud polükristallilist või amorfset materjali saab valikuliselt ära söövitada.

Epitaksia ja polükristalli pidev sadestamine: 3D NAND-i tootmises on mõnikord vaja monokristallilist räni seemnekihina epitaksiaalselt kasvatada ja seejärel lülituda CVD-režiimile, et kaevikute täitmiseks sadestada polükristalliline räni. Sama epitaksiaalseade saab vabalt vahetada monokristallilise ja polükristallilise režiimi vahel, reguleerides temperatuuri ja gaasi suhet.

Epitaxy + Deposition in Strained Silicon Technology: Germaaniumräni kasvatatakse epitaksiaalselt PMOS-i lähte- ja äravoolupiirkondades ning sellele kantakse samaaegselt CVD-ga rännitriidi pingepadi. Need kaks töötavad koos, et tekitada kanali survepinget ja parandada aukude liikuvust.

V. Järeldus

Epitaksia ja CVD esindavad kahte erinevat lähenemisviisi: üks on "aatomitasemel täiusliku replikatsiooni" püüdlus ja teine ​​​​"efektiivse filmi moodustamise" pragmatism. Nad jagavad gaasifaasi keemiliste reaktsioonide põhiprintsiipe, kuid erinevad oluliselt kristallide kvaliteedi, temperatuuriakna ja kasvukiiruse osas. Reguleerides temperatuuri ja kiirust, saab neid omavahel teisendada; geniaalse protsessidisaini abil saavad need eksisteerida ühes seadmes ja töötada samas protsessis. Just see harmooniline koostöö nende kahe nõo vahel võimaldab kiipidel omada nii täiuslikke ühekristallkanaleid kui ka tihedaid polükristallilisi väravaid ja isoleerivaid dielektrilisi kihte, toetades miljardite koos töötavate transistoride suurepärast ehitist.

Semicorex pakub kõrget kvaliteetiCVD-kattega tooted. Kui teil on küsimusi või vajate lisateavet, võtke meiega kindlasti ühendust.

Kontakttelefon # +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com