Hvad er forskellene mellem epitaksi og CVD

I tyndfilmsudfældningsprocessen ved chipfremstilling nævnes to teknologier ofte sammen, men alligevel er de fundamentalt forskellige - epitaksi og kemisk dampaflejring. De er som fætre, der begge tilhører "dampvækst"-familien, men med tydelige egenskaber og styrker. Nogle gange er de tydeligt adskilte; andre gange kan de forvandle sig til hinanden og sameksistere under bestemte forhold.

I. Grundlæggende forskel: Den ene er kopiering, den anden er graffiti

Kemisk dampaflejring (CVD) er den mest almindelige tyndfilmsdepositionsmetode. Dets princip er enkelt: en gas, der indeholder målelementet, indføres i et reaktionskammer, hvor der sker en kemisk reaktion på den opvarmede waferoverflade, hvilket genererer en solid tynd film. CVD-genererede film kan være polykrystallinske, amorfe eller enkeltkrystallinske, afhængigt af procesbetingelserne. Det er som at male en væg – uanset væggens krystalstruktur størkner malingen simpelthen til en film. CVD-aflejret siliciumdioxid, siliciumnitrid, polykrystallinsk silicium osv. har ikke strenge gittertilpasningskrav til underlaget.

Epitaphing er på den anden side en "ædel gren" i CVD-familien. Dens krav er meget strengere: Den aflejrede film skal have samme krystalstruktur og orientering som substratet, med atomer "voksende" lag for lag for perfekt at replikere substratets gitterarrangement. Epitaksi er som at bruge den samme skabelon til at kopiere mursten - den nybyggede væg skal perfekt tilpasse murstenssamlingerne på den gamle væg. Epitaksiale lag er typisk enkeltkrystallinsk silicium, germaniumsilicium, siliciumcarbid osv., der bruges til at konstruere nøglestrukturer såsom den aktive region og heterojunctions af transistorer.

Kort sagt er al epitaksi CVD, men ikke al CVD er epitaksi. Epitaksi er en "enkeltkrystal-replikation"-metode for CVD opnået under specifikke forhold.

II. Forskelle i procesforhold

CVD har et meget bredt procesvindue. Temperaturerne kan variere fra stuetemperatur til tusindvis af grader Celsius, tryk fra atmosfærisk tryk til nogle få Pascal, og gastyperne er ekstremt forskellige. Enhver proces, der tillader en gas at reagere og danne en solid tynd film, kan kaldes CVD. Plasma-forstærket CVD kan afsætte siliciumnitrid ved 300-400°C, lavtryks-CVD ved 600-700°C og atmosfærisk tryk-CVD ved temperaturer over 900°C, hvilket afsætter siliciumdioxid. CVD har næsten ingen krav til underlaget - silicium, glas, metaller og endda plast (under lave temperaturforhold) kan alle aflejres.

Epitaphing har på den anden side et meget smallere procesvindue. For at dyrke et perfekt enkeltkrystallag skal tre strenge betingelser være opfyldt.

For det første skal substratet være enkeltkrystal. Det epitaksiale lag er en fortsættelse af substratets krystalgitter; hvis selve substratet er polykrystallinsk eller amorft, kan et epitaksialt enkeltkrystallag ikke dyrkes.

For det andet skal temperaturen være høj nok. For siliciumepitaksi er temperaturen typisk 1000-1200°C; for siliciumcarbidepitaksi kan temperaturen endda nå 1500-1600°C. Den høje temperatur giver tilstrækkelig overflademobilitet for de adsorberede atomer, så de kan finde deres korrekte positioner i krystalgitteret.

For det tredje skal væksthastigheden være langsom. En for høj hastighed ville medføre, at atomerne ikke har tid nok til at "line op", hvilket resulterer i polykrystallinske strukturer eller defekter. Typiske væksthastigheder for siliciumepitaksi er 0,1-1 mikrometer pr. minut, mens CVD-aflejring af polykrystallinsk silicium nemt kan nå 10 mikrometer pr. minut.

Endvidere kræver epitaksi ekstremt høj renlighed af kammeret; ethvert urenhedsatom kan blive et defektcenter, hvilket kompromitterer enkeltkrystallens integritet.

III. Interkonvertering

Under visse forhold kan epitaksi og CVD konverteres indbyrdes.

Fra CVD til epitaksi: Hvis substratet er monokrystallinsk silicium, og aflejringstemperaturen er høj nok, og væksthastigheden er langsom nok, kan CVD-processen, som normalt ville producere polykrystallinsk silicium, omdannes til monokrystallinsk epitaksi. For eksempel giver afsætning med silan under 900°C polykrystallinsk silicium; hævning af temperaturen til 1050°C, mens silanpartialtrykket sænkes, muliggør vækst af et monokrystallinsk epitaksielt lag på et monokrystallinsk siliciumsubstrat. Dette er det grundlæggende princip for epitaksial vækst - ved at øge overfladediffusionshastigheden har atomer mulighed for at "finde" gitterpositioner.

Fra epitaksi til CVD: Hvis temperaturen ikke er høj nok, eller væksthastigheden er for hurtig, vil den epitaksiale proces "degenerere" til polykrystallinsk eller amorf aflejring. For eksempel kan forsøg på at dyrke silicium epitaksielt ved lave temperaturer resultere i amorft silicium; epitaksi ved høje hastigheder kan introducere polykrystallinske komponenter. I industrien er denne "nedbrydning" nogle gange bevidst brugt til at dyrke polykrystallinske silicium tynde film. For eksempel ved rendefyldning aflejres et lag af amorft silicium først ved en lav temperatur som en buffer og udglødes derefter ved en høj temperatur for at krystallisere det.

IV. Sameksistens og symbiose

I avancerede fremstillingsprocesser eksisterer epitaksi og CVD ofte sammen i det samme udstyr og samarbejder endda i samme procestrin.

Selektiv epitaksi er et typisk eksempel. I source-dræn-løft-processer skal epitaksialt silicium dyrkes selektivt i udsatte monokrystallinske siliciumregioner, mens intet vokser i siliciumdioxid- eller siliciumnitrid-isoleringsområder. Denne proces er faktisk en "konkurrence" mellem epitaksi og CVD - på overfladen af ​​monokrystallinsk silicium kan atomer migrere hurtigt og finde gitterpositioner for at danne et epitaksielt lag; på isolerende overflader er atomkernedannelsen langsom, og det endelige aflejrede polykrystallinske eller amorfe materiale kan selektivt ætses væk.

Kontinuerlig aflejring af epitaksi og polykrystallinsk: I 3D NAND-fremstilling er det nogle gange nødvendigt først epitaksialt at dyrke monokrystallinsk silicium som et frølag og derefter skifte til CVD-tilstand for at afsætte polykrystallinsk silicium for at fylde skyttegrave. Det samme epitaksiale udstyr kan frit skifte mellem monokrystallinsk og polykrystallinsk tilstand ved at justere temperatur og gasforhold.

Epitaksi + aflejring i Strained Silicon Technology: Germanium-silicium dyrkes epitaksialt i kilde- og drænområderne af PMOS, og en siliciumnitrid-stresspude aflejres samtidigt på den. De to arbejder sammen for at introducere kanalkompressionsspænding og forbedre hulmobiliteten.

V. Konklusion

Epitaksi og CVD repræsenterer to adskilte tilgange: den ene, stræben efter "perfekt replikation på atomniveau", og den anden, pragmatismen i "effektiv filmdannelse." De deler de grundlæggende principper for kemiske reaktioner i gasfase, men adskiller sig markant med hensyn til krystalkvalitet, temperaturvindue og væksthastighed. Ved at justere temperatur og hastighed kan de konverteres indbyrdes; gennem genialt procesdesign kan de sameksistere på en enkelt enhed og arbejde i samme proces. Det er dette harmoniske samarbejde mellem disse to fætre, der tillader chips at besidde både perfekte enkeltkrystalkanaler og tætte polykrystallinske porte og isolerende dielektriske lag, der understøtter det storslåede bygningsværk af milliarder af transistorer, der arbejder sammen.

Semicorex tilbyder høj kvalitetCVD-belægningsprodukter. Hvis du har spørgsmål eller brug for yderligere detaljer, så tøv ikke med at kontakte os.

Kontakt telefon # +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com