Kuo epitaksija skiriasi nuo CVD?

Plonasluoksnio nusodinimo lustų gamybos procese dvi technologijos dažnai minimos kartu, tačiau jos iš esmės skiriasi – epitaksinis ir cheminis nusodinimas garais. Jie yra kaip pusbroliai, abu priklauso „garų augimo“ šeimai, tačiau turi skirtingas savybes ir stipriąsias puses. Kartais jie yra aiškiai atskirti; kitu metu jie gali transformuotis vienas į kitą ir sugyventi tam tikromis sąlygomis.

I. Esminis skirtumas: vienas yra kopijavimas, kitas – grafičiai

Cheminis nusodinimas iš garų (CVD) yra labiausiai paplitęs plonasluoksnio nusodinimo metodas. Jo principas paprastas: dujos, kuriose yra tikslinis elementas, įvedamos į reakcijos kamerą, kur vyksta cheminė reakcija ant įkaitinto plokštelės paviršiaus, sukuriant vientisą ploną plėvelę. CVD sukurtos plėvelės gali būti polikristalinės, amorfinės arba vienakristalinės, priklausomai nuo proceso sąlygų. Tai tarsi sienos dažymas – nepaisant sienos kristalinės struktūros, dažai tiesiog sukietėja į plėvelę. CVD nusodintam silicio dioksidui, silicio nitridui, polikristaliniam siliciui ir kt. netaikomi griežti gardelės derinimo su pagrindu reikalavimai.

Kita vertus, epitafavimas yra „kilnioji šaka“ CVD šeimoje. Jo reikalavimai yra daug griežtesni: nusodinta plėvelė turi turėti tokią pačią kristalinę struktūrą ir orientaciją kaip ir substratas, o atomai „auga“ sluoksnis po sluoksnio, kad puikiai atkartotų pagrindo gardelės išdėstymą. Epitaksija yra tarsi to paties šablono naudojimas plytoms kopijuoti – naujai pastatyta siena turi puikiai sulyginti senos sienos plytų siūles. Epitaksiniai sluoksniai paprastai yra vieno kristalinio silicio, germanio silicio, silicio karbido ir kt., naudojami pagrindinėms struktūroms, tokioms kaip aktyvioji sritis ir tranzistorių heterosandūros, konstruoti.

Paprasčiau tariant, visa epitaksija yra CVD, bet ne visa CVD yra epitaksija. Epitaksija yra „vieno kristalo replikacijos“ CVD būdas, pasiekiamas tam tikromis sąlygomis.

II. Proceso sąlygų skirtumai

CVD turi labai platų proceso langą. Temperatūra gali svyruoti nuo kambario temperatūros iki tūkstančių laipsnių Celsijaus, slėgis nuo atmosferos slėgio iki kelių paskalių, o dujų rūšys yra labai įvairios. Bet koks procesas, leidžiantis dujoms reaguoti ir sudaryti kietą ploną plėvelę, gali būti vadinamas CVD. Plazma sustiprintas CVD gali nusodinti silicio nitridą 300–400 °C temperatūroje, žemo slėgio CVD – 600–700 °C temperatūroje, o atmosferos slėgis CVD – esant aukštesnei nei 900 °C temperatūrai, nusodinant silicio dioksidą. CVD beveik nekelia reikalavimų substratui – silicis, stiklas, metalai ir net plastikai (žemos temperatūros sąlygomis) gali būti nusodinami.

Kita vertus, epitafavimas turi daug siauresnį proceso langą. Norint užauginti tobulą vieno kristalo sluoksnį, turi būti įvykdytos trys griežtos sąlygos.

Pirma, substratas turi būti vieno kristalo. Epitaksinis sluoksnis yra substrato kristalinės gardelės tąsa; jei pats substratas yra polikristalinis arba amorfinis, negalima auginti vienkristalinio epitaksinio sluoksnio.

Antra, temperatūra turi būti pakankamai aukšta. Silicio epitaksijos temperatūra paprastai yra 1000–1200 °C; silicio karbido epitaksijai temperatūra gali siekti net 1500-1600°C. Aukšta temperatūra užtikrina pakankamą paviršiaus mobilumą adsorbuotiems atomams, todėl jie gali rasti teisingą padėtį kristalinėje gardelėje.

Trečia, augimo tempas turi būti lėtas. Per didelis greitis lemtų, kad atomai neturėtų pakankamai laiko „susistatyti“, todėl susidarytų polikristalinės struktūros arba defektai. Tipiškas silicio epitaksijos augimo greitis yra 0,1–1 mikrometras per minutę, o polikristalinio silicio CVD nusodinimas gali lengvai pasiekti 10 mikrometrų per minutę.

Be to, epitaksijai reikalinga itin aukšta kameros švara; bet koks priemaišos atomas gali tapti defektų centru, pažeidžiančiu vieno kristalo vientisumą.

III. Interkonversija

Tam tikromis sąlygomis epitaksiją ir CVD galima konvertuoti tarpusavyje.

Nuo CVD iki epitaksijos: jei substratas yra monokristalinis silicis, o nusodinimo temperatūra yra pakankamai aukšta ir augimo greitis pakankamai lėtas, CVD procesas, kuris paprastai gamina polikristalinį silicį, gali būti transformuotas į monokristalinį epitaksį. Pavyzdžiui, nusodinant silanu žemesnėje nei 900°C temperatūroje, gaunamas polikristalinis silicis; pakėlus temperatūrą iki 1050°C, tuo pačiu sumažinant dalinį silano slėgį, ant monokristalinio silicio pagrindo gali išaugti monokristalinis epitaksinis sluoksnis. Tai yra pagrindinis epitaksinio augimo principas – padidinus paviršiaus difuzijos greitį, atomai turi galimybę „rasti“ gardelės pozicijas.

Nuo epitaksijos iki CVD: jei temperatūra nepakankamai aukšta arba augimo greitis per greitas, epitaksinis procesas „išsigims“ į polikristalinį arba amorfinį nusodinimą. Pavyzdžiui, bandant epitaksiškai auginti silicį žemoje temperatūroje, gali susidaryti amorfinis silicis; Epitaksija dideliu greičiu gali įnešti polikristalinių komponentų. Pramonėje šis „degradavimas“ kartais sąmoningai naudojamas polikristalinio silicio plonų plėvelių auginimui. Pavyzdžiui, užpildant tranšėją, amorfinio silicio sluoksnis pirmiausia nusodinamas žemoje temperatūroje kaip buferis, o tada atkaitinamas aukštoje temperatūroje, kad jis kristalizuotųsi.

IV. Sugyvenimas ir simbiozė

Pažangiuose gamybos procesuose epitaksija ir CVD dažnai egzistuoja toje pačioje įrangoje ir netgi bendradarbiauja tame pačiame proceso etape.

Atrankinė epitaksija yra tipiškas pavyzdys. Atliekant šaltinio ir nutekėjimo pakėlimo procesus, epitaksinis silicis turi būti selektyviai auginamas atvirose monokristalinio silicio srityse, o silicio dioksido arba silicio nitrido izoliacijos srityse niekas neauga. Šis procesas iš tikrųjų yra „konkurencija“ tarp epitaksijos ir CVD – monokristalinio silicio paviršiuje atomai gali greitai migruoti ir rasti gardelės vietas, sudarydami epitaksinį sluoksnį; ant izoliacinių paviršių atominis branduolys yra lėtas, o galutinai nusodinta polikristalinė arba amorfinė medžiaga gali būti selektyviai išgraviruota.

Nepertraukiamas epitaksijos ir polikristalinio nusodinimas: 3D NAND gamyboje kartais reikia pirmiausia epitaksiniu būdu auginti monokristalinį silicį kaip sėklų sluoksnį, o tada perjungti į CVD režimą, kad polikristalinis silicis būtų nusodintas tranšėjoms užpildyti. Ta pati epitaksinė įranga gali laisvai perjungti monokristalinį ir polikristalinį režimus, reguliuodama temperatūrą ir dujų santykį.

Epitaksija + nusodinimas įtempto silicio technologijoje: germanio silicis epitaksiniu būdu auginamas PMOS šaltinio ir nutekėjimo srityse, o ant jo tuo pačiu metu CVD nusodinamas silicio nitrido įtempis. Jie abu dirba kartu, kad sukurtų kanalo gniuždymo įtempį ir pagerintų skylių mobilumą.

V. Išvada

Epitaksija ir CVD yra du skirtingi požiūriai: vienas, „tobulos replikacijos atominiu lygiu“ siekis, o kitas – „veiksmingo plėvelės formavimo“ pragmatizmas. Jie dalijasi pagrindiniais dujų fazės cheminių reakcijų principais, tačiau labai skiriasi kristalų kokybe, temperatūros langu ir augimo greičiu. Reguliuojant temperatūrą ir greitį, jie gali būti konvertuojami tarpusavyje; Dėl išradingo proceso dizaino jie gali egzistuoti viename įrenginyje ir dirbti tame pačiame procese. Būtent šis harmoningas šių dviejų pusbrolių bendradarbiavimas leidžia lustams turėti ir tobulus vieno kristalo kanalus, ir tankius polikristalinius vartus bei izoliuojančius dielektrinius sluoksnius, palaikančius nuostabią milijardų kartu veikiančių tranzistorių statinį.

Semicorex siūlo aukštos kokybėsCVD dangos gaminiai. Jei turite klausimų ar reikia papildomos informacijos, nedvejodami susisiekite su mumis.

Telefonas pasiteirauti # +86-13567891907

paštas: sales@semicorex.com