Care sunt diferențele dintre epitaxie și BCV

În procesul de depunere a filmului subțire al producției de cip, două tehnologii sunt adesea menționate împreună, dar sunt fundamental diferite - epitaxie și depunerea chimică în vapori. Sunt ca niște veri, ambii aparținând familiei „creșterea vaporilor”, dar cu caracteristici și puncte forte distincte. Uneori, ele sunt clar separate; alteori, se pot transforma unul în celălalt și coexista în condiții specifice.

I. Diferența fundamentală: unul este copierea, celălalt este graffiti

Depunerea chimică în vapori (CVD) este cea mai comună metodă de depunere a filmului subțire. Principiul său este simplu: un gaz care conține elementul țintă este introdus într-o cameră de reacție, unde are loc o reacție chimică pe suprafața plachetei încălzite, generând o peliculă solidă subțire. Filmele generate de CVD pot fi policristaline, amorfe sau monocristaline, în funcție de condițiile procesului. Este ca și cum ai picta un perete - indiferent de structura de cristal a peretelui, vopseaua pur și simplu se solidifică într-un film. Dioxidul de siliciu depus în CVD, nitrura de siliciu, siliciul policristalin etc., nu au cerințe stricte de potrivire a rețelei cu substratul.

Epitaful, pe de altă parte, este o „ramură nobilă” în familia CVD. Cerințele sale sunt mult mai stricte: pelicula depusă trebuie să aibă aceeași structură cristalină și aceeași orientare ca și substratul, atomii „crescând” strat cu strat pentru a reproduce perfect aranjamentul rețelei al substratului. Epitaxia este ca și cum ați folosi același șablon pentru a copia cărămizi - peretele nou construit trebuie să alinieze perfect rosturile de cărămidă ale peretelui vechi. Straturile epitaxiale sunt de obicei siliciu monocristalin, siliciu germaniu, carbură de siliciu etc., utilizate pentru a construi structuri cheie, cum ar fi regiunea activă și heterojoncțiunile tranzistoarelor.

Mai simplu spus, toată epitaxie este BCV, dar nu toate BCV sunt epitaxie. Epitaxia este un mod de „replicare cu un singur cristal” a CVD realizat în condiții specifice.

II. Diferențele în condițiile procesului

CVD are o fereastră de proces foarte largă. Temperaturile pot varia de la temperatura camerei la mii de grade Celsius, presiuni de la presiunea atmosferică la câțiva pascali, iar tipurile de gaze sunt extrem de diverse. Orice proces care permite unui gaz să reacționeze și să formeze o peliculă solidă subțire poate fi numit CVD. CVD îmbunătățit cu plasmă poate depune nitrură de siliciu la 300-400°C, CVD la presiune joasă la 600-700°C și CVD la presiune atmosferică la temperaturi peste 900°C, depunând dioxid de siliciu. CVD aproape că nu are cerințe pentru substrat – pot fi depuse siliciu, sticlă, metale și chiar materiale plastice (în condiții de temperatură scăzută).

Epitafizarea, pe de altă parte, are o fereastră de proces mult mai îngustă. Pentru a crește un strat perfect de un singur cristal, trebuie îndeplinite trei condiții stricte.

În primul rând, substratul trebuie să fie monocristal. Stratul epitaxial este o continuare a rețelei cristaline a substratului; dacă substratul în sine este policristalin sau amorf, nu poate fi crescut un strat epitaxial monocristal.

În al doilea rând, temperatura trebuie să fie suficient de ridicată. Pentru epitaxie cu siliciu, temperatura este de obicei 1000-1200°C; pentru epitaxie cu carbură de siliciu, temperatura poate ajunge chiar și la 1500-1600°C. Temperatura ridicată asigură o mobilitate de suprafață suficientă pentru atomii adsorbiți, permițându-le să-și găsească pozițiile corecte în rețeaua cristalină.

În al treilea rând, rata de creștere trebuie să fie lentă. O rată prea rapidă ar face ca atomii să nu aibă suficient timp pentru a se „alinia”, rezultând structuri sau defecte policristaline. Ratele tipice de creștere pentru epitaxia cu siliciu sunt de 0,1-1 micrometri pe minut, în timp ce depunerea CVD de siliciu policristalin poate ajunge cu ușurință la 10 micrometri pe minut.

Mai mult, epitaxia necesită o curățenie extrem de ridicată a camerei; orice atom de impuritate poate deveni un centru de defect, compromițând integritatea monocristalului.

III. Interconversie

În anumite condiții, epitaxia și CVD pot fi interconvertite.

De la CVD la Epitaxie: Dacă substratul este siliciu monocristalin, iar temperatura de depunere este suficient de mare și rata de creștere este suficient de lentă, procesul CVD, care ar produce în mod normal siliciu policristalin, poate fi transformat în epitaxie monocristalină. De exemplu, depunerea cu silan sub 900°C dă siliciu policristalin; ridicarea temperaturii la 1050°C în timp ce scade presiunea parțială a silanului permite creșterea unui strat epitaxial monocristalin pe un substrat de siliciu monocristalin. Acesta este principiul fundamental al creșterii epitaxiale - prin creșterea ratei de difuzie a suprafeței, atomii au posibilitatea de a „găsi” poziții ale rețelei.

De la epitaxie la CVD: Dacă temperatura nu este suficient de ridicată sau rata de creștere este prea rapidă, procesul epitaxial va „degenera” în depunere policristalină sau amorfă. De exemplu, încercarea de a crește siliciul epitaxial la temperaturi scăzute poate avea ca rezultat siliciul amorf; epitaxia la viteze mari poate introduce componente policristaline. În industrie, această „degradare” este uneori folosită în mod deliberat pentru a crește pelicule subțiri de siliciu policristalin. De exemplu, în umplerea șanțurilor, un strat de siliciu amorf este mai întâi depus la o temperatură scăzută ca tampon și apoi recoacet la o temperatură ridicată pentru a-l cristaliza.

IV. Conviețuire și simbioză

În procesele avansate de fabricație, epitaxia și CVD coexistă adesea în același echipament și chiar cooperează în aceeași etapă a procesului.

Epitaxia selectivă este un exemplu tipic. În procesele de ridicare sursă-dren, siliciul epitaxial trebuie să fie cultivat selectiv în regiunile de siliciu monocristalin expuse, în timp ce nimic nu crește în regiunile de izolare cu dioxid de siliciu sau nitrură de siliciu. Acest proces este de fapt o „competiție” între epitaxie și CVD — pe suprafața siliciului monocristalin, atomii pot migra rapid și pot găsi poziții ale rețelei pentru a forma un strat epitaxial; pe suprafețele izolante, nuclearea atomică este lentă, iar materialul final policristalin sau amorf depus poate fi gravat selectiv.

Depunerea continuă a epitaxiei și policristalinelor: în fabricarea 3D NAND, uneori este necesar să se crească mai întâi epitaxial siliciu monocristalin ca strat de semințe, apoi să comutați la modul CVD pentru a depune siliciu policristalin pentru a umple șanțurile. Același echipament epitaxial poate comuta liber între modurile monocristalin și policristalin prin ajustarea temperaturii și a raportului de gaz.

Epitaxie + Depunere în tehnologia siliciului încordat: Siliciul germaniu este crescut epitaxial în regiunile sursă și de scurgere ale PMOS, iar un tampon de stres cu nitrură de siliciu este depus CVD simultan pe acesta. Cei doi lucrează împreună pentru a introduce stresul de compresiune al canalului și pentru a îmbunătăți mobilitatea orificiilor.

V. Concluzie

Epitaxia și CVD reprezintă două abordări distincte: una, urmărirea „replicării perfecte la nivel atomic”, iar cealaltă, pragmatismul „formarii eficiente a filmului”. Ele împărtășesc principiile fundamentale ale reacțiilor chimice în fază gazoasă, dar diferă semnificativ în ceea ce privește calitatea cristalului, fereastra de temperatură și rata de creștere. Prin reglarea temperaturii și ratei, acestea pot fi interconvertite; prin proiectarea ingenioasă a procesului, acestea pot coexista pe un singur dispozitiv și pot lucra în același proces. Această colaborare armonioasă dintre aceste două veri este cea care permite cipurilor să posede atât canale monocristaline perfecte, cât și porți policristaline dense și straturi dielectrice izolatoare, susținând magnificul edificiu de miliarde de tranzistori care lucrează împreună.

Semicorex oferă calitate înaltăProduse de acoperire CVD. Dacă aveți întrebări sau aveți nevoie de detalii suplimentare, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați.

Numărul de telefon de contact +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com