Mi a különbség az epitaxia és a CVD között?

A forgácsgyártás vékonyréteg-leválasztási folyamatában gyakran együtt emlegetnek két technológiát, mégis alapvetően különböznek egymástól – az epitaxiás és a kémiai gőzleválasztásról. Olyanok, mint az unokatestvérek, mindkettő a "gőznövekedés" családjába tartozik, de eltérő tulajdonságokkal és erősségekkel rendelkeznek. Néha egyértelműen elkülönülnek egymástól; máskor átalakulhatnak egymásba, és meghatározott feltételek mellett együtt élhetnek.

I. Alapvető különbség: az egyik a másolás, a másik a graffiti

A kémiai gőzleválasztás (CVD) a legelterjedtebb vékonyréteg-leválasztási módszer. Elve egyszerű: a célelemet tartalmazó gázt egy reakciókamrába vezetjük, ahol a felhevített ostyafelületen kémiai reakció megy végbe, szilárd vékony filmet hozva létre. A CVD által előállított filmek lehetnek polikristályosak, amorfak vagy egykristályosak, az eljárás körülményeitől függően. Ez olyan, mint egy falfestés – a fal kristályszerkezetétől függetlenül a festék egyszerűen filmmé szilárdul. A CVD-vel leválasztott szilícium-dioxid, szilícium-nitrid, polikristályos szilícium stb. esetében nincsenek szigorú követelmények a rácsnak az aljzathoz való illeszkedésére.

A sírfeliratozás viszont „nemesi ág” a CVD családban. Követelményei sokkal szigorúbbak: a lerakott filmnek ugyanolyan kristályszerkezettel és orientációval kell rendelkeznie, mint a szubsztrátumé, az atomoknak rétegről rétegre "növekedniük", hogy tökéletesen megismételjék a hordozó rácsos elrendezését. Az epitaxia olyan, mintha ugyanazt a sablont használnánk téglák másolásához – az újonnan épített falnak tökéletesen egybe kell illesztenie a régi fal tégla illesztéseit. Az epitaxiális rétegek jellemzően egykristályos szilícium, germánium szilícium, szilícium-karbid stb., amelyeket kulcsfontosságú struktúrák, például a tranzisztorok aktív tartományának és heterojunkcióinak megalkotására használnak.

Egyszerűen fogalmazva, minden epitaxia CVD, de nem minden CVD epitaxia. Az epitaxia a CVD "egykristályos replikációs" módja, amelyet meghatározott körülmények között érnek el.

II. Eltérések a folyamatfeltételekben

A CVD nagyon széles folyamatablakkal rendelkezik. A hőmérséklet szobahőmérséklettől több ezer Celsius-fokig, a nyomás a légköri nyomástól néhány Pascalig terjedhet, a gázfajták pedig rendkívül változatosak. Minden olyan folyamatot, amely lehetővé teszi a gáz reakcióját és szilárd vékony film kialakulását, CVD-nek nevezhetjük. A plazma-fokozott CVD szilícium-nitridet 300-400 °C-on, alacsony nyomású CVD-t 600-700 °C-on, atmoszférikus nyomású CVD-t 900 °C feletti hőmérsékleten képes leválasztani, és szilícium-dioxidot rak le. A CVD szinte semmilyen követelményt nem támaszt az aljzattal szemben – a szilícium, az üveg, a fémek és még a műanyagok (alacsony hőmérsékletű körülmények között) is lerakódhatnak.

Az epitaphing viszont sokkal szűkebb folyamatablakkal rendelkezik. A tökéletes egykristályréteg kialakításához három szigorú feltételnek kell teljesülnie.

Először is, az aljzatnak egykristályosnak kell lennie. Az epitaxiális réteg a hordozó kristályrácsának folytatása; ha maga a szubsztrát polikristályos vagy amorf, egykristályos epitaxiális réteg nem növeszthető.

Másodszor, a hőmérsékletnek elég magasnak kell lennie. A szilícium epitaxia esetében a hőmérséklet jellemzően 1000-1200 °C; szilícium-karbid epitaxiánál a hőmérséklet akár az 1500-1600°C-ot is elérheti. A magas hőmérséklet elegendő felületi mobilitást biztosít az adszorbeált atomok számára, lehetővé téve számukra, hogy megtalálják a megfelelő pozíciójukat a kristályrácsban.

Harmadszor, a növekedési ütemnek lassúnak kell lennie. A túl gyors sebesség azt eredményezné, hogy az atomoknak nem lesz elég idejük a „sorbaállásra”, ami polikristályos struktúrákat vagy hibákat eredményez. A szilícium epitaxia tipikus növekedési sebessége 0,1-1 mikrométer percenként, míg a polikristályos szilícium CVD-lerakódása könnyen elérheti a 10 mikrométert percenként.

Ezenkívül az epitaxia a kamra rendkívül magas tisztaságát igényli; bármely szennyező atom hibaközponttá válhat, ami veszélyezteti az egykristály integritását.

III. Interkonverzió

Bizonyos körülmények között az epitaxia és a CVD átkonvertálható.

A CVD-től az epitaxiáig: Ha a szubsztrát monokristályos szilícium, és a leválasztási hőmérséklet elég magas, és a növekedési sebesség elég lassú, a CVD-folyamat, amely általában polikristályos szilíciumot termel, monokristályos epitaxiává alakítható. Például a szilánnal 900 °C alatti leválasztás polikristályos szilíciumot eredményez; a hőmérséklet 1050 °C-ra emelése és a szilán parciális nyomásának csökkentése lehetővé teszi egy monokristályos epitaxiális réteg növekedését egy monokristályos szilícium hordozón. Ez az epitaxiális növekedés alapelve – a felületi diffúzió sebességének növelésével az atomoknak lehetőségük van rácshelyzeteket „megtalálni”.

Az epitaxiától a CVD-ig: Ha a hőmérséklet nem elég magas, vagy a növekedési sebesség túl gyors, az epitaxiális folyamat polikristályos vagy amorf lerakódássá "degenerálódik". Például a szilícium epitaxiális növesztésének kísérlete alacsony hőmérsékleten amorf szilíciumot eredményezhet; nagy sebességű epitaxia polikristályos komponenseket vezethet be. Az iparban ezt a "lebomlást" néha szándékosan használják polikristályos szilícium vékonyrétegek termesztésére. Például az ároktöltésnél először alacsony hőmérsékleten amorf szilíciumréteget raknak le pufferként, majd magas hőmérsékleten lágyítják, hogy kikristályosodjon.

IV. Együttélés és szimbiózis

A fejlett gyártási folyamatokban az epitaxia és a CVD gyakran együtt léteznek ugyanabban a berendezésben, sőt, együttműködnek ugyanabban a folyamatlépésben.

A szelektív epitaxia tipikus példa. A forrás-lefolyó emelési eljárások során az epitaxiális szilíciumot szelektíven kell termeszteni a monokristályos szilícium régiókban, míg a szilícium-dioxid vagy szilícium-nitrid izolációs régiókban semmi sem nő. Ez a folyamat valójában az epitaxia és a CVD közötti „verseny” – a monokristályos szilícium felületén az atomok gyorsan vándorolhatnak, és rácshelyzeteket találhatnak, hogy epitaxiális réteget képezzenek; A szigetelő felületeken az atommagképződés lassú, és a véglegesen leválasztott polikristályos vagy amorf anyag szelektíven lemaratható.

Folyamatos epitaxiás és polikristályos lerakódás: A 3D NAND gyártásban néha először monokristályos szilíciumot epitaxiálisan kell növeszteni magrétegként, majd át kell váltani CVD módba, hogy polikristályos szilíciumot rakjanak le az árkok kitöltésére. Ugyanaz az epitaxiális berendezés szabadon válthat a monokristályos és a polikristályos üzemmód között a hőmérséklet és a gázarány beállításával.

Epitaxia + lerakódás feszült szilícium technológiában: A germánium szilíciumot epitaxiálisan növesztik a PMOS forrás- és elvezető tartományában, és egyidejűleg egy szilícium-nitrid feszültségpárnát helyeznek fel rá CVD-vel. A kettő együtt dolgozik a csatorna nyomófeszültségének bevezetésén és a furatok mobilitásának javításán.

V. Következtetés

Az epitaxia és a CVD két különböző megközelítést képvisel: az egyik az "atomi szintű tökéletes replikáció" törekvése, a másik pedig a "hatékony filmképzés" pragmatizmusa. Megosztják a gázfázisú kémiai reakciók alapelveit, de jelentősen eltérnek a kristályminőség, a hőmérsékleti ablak és a növekedési sebesség tekintetében. A hőmérséklet és sebesség beállításával egymásba alakíthatók; a zseniális folyamattervezés révén egyetlen eszközön együtt létezhetnek, és ugyanabban a folyamatban dolgozhatnak. Ez a harmonikus együttműködés a két unokatestvér között, amely lehetővé teszi, hogy a chipek tökéletes egykristályos csatornákkal és sűrű polikristályos kapukkal és szigetelő dielektromos rétegekkel rendelkezzenek, támogatva a tranzisztorok milliárdjaiból álló, együtt működő csodálatos építményt.

A Semicorex kiváló minőséget kínálCVD bevonat termékek. Ha kérdése van, vagy további részletekre van szüksége, kérjük, ne habozzon kapcsolatba lépni velünk.

Telefonszám: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com