Epitaksi ve CVD arasındaki farklar nelerdir?

Çip üretiminin ince film biriktirme sürecinde, iki teknolojiden sıklıkla birlikte bahsedilir, ancak bunlar temelde farklıdır: epitaksi ve kimyasal buhar biriktirme. Her ikisi de "buhar büyümesi" ailesine ait olan, ancak farklı özelliklere ve güçlere sahip olan kuzenler gibidirler. Bazen açıkça ayrıdırlar; diğer zamanlarda birbirlerine dönüşebilirler ve belirli koşullar altında bir arada var olabilirler.

I. Temel Fark: Biri Kopyalama, Diğeri Grafiti

Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD), en yaygın ince film biriktirme yöntemidir. Prensibi basittir: hedef elementi içeren bir gaz, ısıtılmış levha yüzeyinde kimyasal bir reaksiyonun meydana geldiği ve katı bir ince film oluşturan bir reaksiyon odasına verilir. CVD ile üretilen filmler, proses koşullarına bağlı olarak çok kristalli, amorf veya tek kristalli olabilir. Bu, bir duvarı boyamaya benzer; duvarın kristal yapısı ne olursa olsun, boya katılaşarak bir film tabakasına dönüşür. CVD ile biriktirilen silikon dioksit, silikon nitrür, polikristalin silikon vb. alt tabaka ile katı kafes eşleştirme gerekliliklerine sahip değildir.

Epitaphing ise CVD ailesinde "asil bir daldır". Gereksinimleri çok daha katıdır: biriktirilen filmin, alt tabakanın kafes düzenlemesini mükemmel bir şekilde kopyalamak için katman katman "büyüyen" atomlarla birlikte alt tabaka ile aynı kristal yapıya ve yönelime sahip olması gerekir. Epitaksi, tuğlaları kopyalamak için aynı şablonu kullanmaya benzer; yeni inşa edilen duvar, eski duvarın tuğla bağlantılarını mükemmel şekilde hizalamalıdır. Epitaksiyel katmanlar tipik olarak tek kristalli silikon, germanyum silikon, silikon karbür vb. olup, transistörlerin aktif bölgesi ve heteroeklemleri gibi anahtar yapıları oluşturmak için kullanılır.

Basitçe söylemek gerekirse, tüm epitaksi CVD'dir, ancak tüm CVD epitaksi değildir. Epitaksi, belirli koşullar altında elde edilen CVD'nin "tek kristal replikasyon" modudur.

II. Proses Koşullarındaki Farklılıklar

CVD'nin çok geniş bir süreç penceresi vardır. Sıcaklıklar oda sıcaklığından binlerce santigrat dereceye kadar değişebilir, basınçlar atmosfer basıncından birkaç Pascal'a kadar değişebilir ve gaz türleri son derece çeşitlidir. Bir gazın reaksiyona girmesine ve katı bir ince film oluşturmasına izin veren herhangi bir işleme CVD adı verilebilir. Plazmayla zenginleştirilmiş CVD, 300-400°C'de silikon nitrür biriktirebilir, 600-700°C'de düşük basınçlı CVD ve 900°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda atmosferik basınç CVD'si silikon dioksit biriktirebilir. CVD'nin alt tabaka için neredeyse hiçbir gereksinimi yoktur; silikon, cam, metaller ve hatta plastiklerin (düşük sıcaklık koşulları altında) tümü biriktirilebilir.

Epitaphing ise çok daha dar bir süreç penceresine sahiptir. Mükemmel bir tek kristal katman oluşturmak için üç katı koşulun karşılanması gerekir.

İlk olarak alt tabakanın tek kristal olması gerekir. Epitaksiyel katman, substratın kristal kafesinin bir devamıdır; substratın kendisi çok kristalli veya amorf ise, tek kristalli bir epitaksiyel katman büyütülemez.

İkincisi, sıcaklığın yeterince yüksek olması gerekir. Silikon epitaksi için sıcaklık tipik olarak 1000-1200°C'dir; silisyum karbür epitaksi için sıcaklık 1500-1600°C'ye bile ulaşabilir. Yüksek sıcaklık, adsorplanan atomlar için yeterli yüzey hareketliliği sağlar ve kristal kafes içinde doğru konumlarını bulmalarına olanak tanır.

Üçüncüsü, büyüme hızı yavaş olmalıdır. Çok hızlı bir hız, atomların "sıralanmak" için yeterli zamana sahip olmamasına neden olur ve bu da çok kristalli yapılara veya kusurlara neden olur. Silikon epitaksi için tipik büyüme oranları dakikada 0,1-1 mikrometre iken polikristalin silikonun CVD birikimi kolaylıkla dakikada 10 mikrometreye ulaşabilir.

Ayrıca epitaksi, odanın son derece yüksek düzeyde temizliğini gerektirir; herhangi bir safsızlık atomu, tek kristalin bütünlüğünü tehlikeye atacak şekilde bir kusur merkezi haline gelebilir.

III. ara dönüşüm

Belirli koşullar altında epitaksi ve CVD birbirine dönüştürülebilir.

CVD'den Epitaksiye: Substrat monokristalin silikon ise ve biriktirme sıcaklığı yeterince yüksek ve büyüme hızı yeterince yavaşsa, normalde polikristalin silikon üretecek olan CVD işlemi monokristalin epitaksiye dönüştürülebilir. Örneğin, 900°C'nin altında silanla biriktirme, polikristalin silikonu verir; silan kısmi basıncını düşürürken sıcaklığı 1050°C'ye yükseltmek, bir monokristalin silikon substrat üzerinde monokristalin bir epitaksiyel tabakanın büyümesine olanak tanır. Bu epitaksiyel büyümenin temel ilkesidir; yüzey difüzyon hızını artırarak atomlar kafes konumlarını "bulma" fırsatına sahip olur.

Epitaksiden CVD'ye: Eğer sıcaklık yeterince yüksek değilse veya büyüme hızı çok hızlıysa, epitaksiyel süreç polikristal veya amorf birikime "dejenere" olacaktır. Örneğin, silikonu düşük sıcaklıklarda epitaksiyel olarak büyütmeye çalışmak, amorf silikonla sonuçlanabilir; yüksek oranlarda epitaksi, polikristalin bileşenlerin ortaya çıkmasına neden olabilir. Endüstride bu "bozunma" bazen kasıtlı olarak çok kristalli silikon ince filmleri büyütmek için kullanılır. Örneğin, hendek doldurmada, ilk olarak düşük sıcaklıkta bir tampon olarak amorf silikon tabakası biriktirilir ve daha sonra onu kristalleştirmek için yüksek sıcaklıkta tavlanır.

IV. Bir arada yaşama ve simbiyoz

Gelişmiş üretim süreçlerinde epitaksi ve CVD sıklıkla aynı ekipmanda bir arada bulunur ve hatta aynı süreç adımında işbirliği yapar.

Seçici epitaksi tipik bir örnektir. Kaynak-drenaj kaldırma işlemlerinde, epitaksiyel silikonun açıktaki monokristalin silikon bölgelerinde seçici olarak büyütülmesi gerekirken, silikon dioksit veya silikon nitrür izolasyon bölgelerinde hiçbir şey büyümez. Bu süreç aslında epitaksi ile CVD arasındaki bir "rekabet"tir; monokristalin silikonun yüzeyinde atomlar hızla hareket edebilir ve epitaksiyel bir katman oluşturmak için kafes konumları bulabilir; yalıtkan yüzeylerde atomik çekirdeklenme yavaştır ve son biriken polikristalin veya amorf malzeme seçici olarak kazınarak uzaklaştırılabilir.

Sürekli Epitaksi ve Polikristalin Birikimi: 3D NAND üretiminde, bazen ilk önce bir tohum katmanı olarak epitaksiyel olarak monokristalin silikonu büyütmek ve ardından hendekleri doldurmak için polikristalin silikonu biriktirmek üzere CVD moduna geçmek gerekir. Aynı epitaksiyel ekipman, sıcaklık ve gaz oranını ayarlayarak monokristalin ve polikristalin modları arasında serbestçe geçiş yapabilir.

Gerilmiş Silikon Teknolojisinde Epitaksi + Biriktirme: Germanyum silikonu, PMOS'un kaynak ve drenaj bölgelerinde epitaksiyel olarak büyütülür ve üzerine aynı anda bir silikon nitrür stres yastığı biriktirilir. İkisi, kanala baskı gerilimi kazandırmak ve delik hareketliliğini geliştirmek için birlikte çalışır.

V. Sonuç

Epitaksi ve CVD iki farklı yaklaşımı temsil eder: biri "atomik düzeyde mükemmel kopyalama" arayışı, diğeri ise "etkili film oluşumu" pragmatizmi. Gaz fazındaki kimyasal reaksiyonların temel prensiplerini paylaşırlar ancak kristal kalitesi, sıcaklık penceresi ve büyüme hızı açısından önemli ölçüde farklılık gösterirler. Sıcaklık ve hız ayarlanarak bunlar birbirine dönüştürülebilir; Ustaca süreç tasarımı sayesinde tek bir cihazda bir arada bulunabilir ve aynı süreçte çalışabilirler. Çiplerin hem mükemmel tek kristalli kanallara hem de yoğun çok kristalli geçitlere ve yalıtkan dielektrik katmanlara sahip olmasını sağlayan ve birlikte çalışan milyarlarca transistörün muhteşem yapısını destekleyen şey, bu iki kuzen arasındaki bu uyumlu işbirliğidir.

Semicorex yüksek kalite sunuyorCVD kaplama ürünleri. Herhangi bir sorunuz varsa veya ek ayrıntılara ihtiyacınız varsa, lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.

İletişim telefonu numarası +86-13567891907

E-posta: sales@semicorex.com