تفاوت بین اپیتاکسی و CVD چیست؟

در فرآیند رسوب لایه نازک تولید تراشه، دو فناوری اغلب با هم ذکر می‌شوند، اما اساساً متفاوت هستند - اپیتاکسی و رسوب بخار شیمیایی. آنها مانند پسر عمو هستند، هر دو متعلق به خانواده "رشد بخار" هستند، اما با ویژگی ها و نقاط قوت متمایز. گاهی اوقات، آنها به وضوح از هم جدا هستند. در مواقع دیگر، آنها می توانند به یکدیگر تبدیل شوند و تحت شرایط خاص همزیستی کنند.

I. تفاوت اساسی: یکی کپی کردن است، دیگری گرافیتی است

رسوب شیمیایی بخار (CVD) رایج ترین روش رسوب لایه نازک است. اصل آن ساده است: یک گاز حاوی عنصر هدف به محفظه واکنش وارد می شود، جایی که یک واکنش شیمیایی روی سطح ویفر گرم شده رخ می دهد و یک لایه نازک جامد ایجاد می کند. فیلم های تولید شده توسط CVD بسته به شرایط فرآیند می توانند پلی کریستالی، آمورف یا تک کریستالی باشند. این مانند نقاشی کردن یک دیوار است - صرف نظر از ساختار کریستالی دیوار، رنگ به سادگی به یک فیلم تبدیل می شود. دی اکسید سیلیکون، نیترید سیلیکون، سیلیکون پلی کریستالی و غیره رسوب شده در CVD، الزامات تطبیق شبکه سختی با بستر ندارند.

از سوی دیگر، سنگ نگاره یک "شاخه نجیب" در خانواده CVD است. الزامات آن بسیار دقیق‌تر است: فیلم رسوب‌شده باید ساختار بلوری و جهت‌گیری یکسانی با بستر داشته باشد و اتم‌ها لایه به لایه «رشد» کنند تا آرایش شبکه‌ای زیرلایه را کاملاً تکرار کنند. اپیتاکسی مانند استفاده از الگوی مشابه برای کپی کردن آجر است - دیوار تازه ساخته شده باید کاملاً درزهای آجری دیوار قدیمی را تراز کند. لایه های اپیتاکسیال معمولاً سیلیکون تک کریستالی، سیلیکون ژرمانیوم، کاربید سیلیکون و غیره هستند که برای ساخت ساختارهای کلیدی مانند ناحیه فعال و اتصالات ناهمگون ترانزیستورها استفاده می شوند.

به زبان ساده، همه اپیتاکسی ها CVD هستند، اما همه CVD ها اپیتاکسی نیستند. Epitaxy یک حالت "تکثیر تک کریستالی" CVD است که تحت شرایط خاص به دست می آید.

II. تفاوت در شرایط فرآیند

CVD یک پنجره فرآیند بسیار گسترده دارد. دما می تواند از دمای اتاق تا هزاران درجه سانتیگراد، فشار از فشار اتمسفر تا چند پاسکال متغیر باشد و انواع گازها بسیار متنوع هستند. هر فرآیندی که به گاز اجازه واکنش دهد و یک لایه نازک جامد را تشکیل دهد را می توان CVD نامید. CVD تقویت شده با پلاسما می تواند نیترید سیلیکون را در دمای 300-400 درجه سانتیگراد، CVD کم فشار در 600-700 درجه سانتیگراد و CVD فشار اتمسفر را در دمای بالاتر از 900 درجه سانتیگراد رسوب دهد و دی اکسید سیلیکون را رسوب دهد. CVD تقریباً هیچ الزامی برای بستر ندارد - سیلیکون، شیشه، فلزات و حتی پلاستیک (در شرایط دمای پایین) همه می توانند رسوب کنند.

از سوی دیگر، کتیبه‌نویسی پنجره فرآیند بسیار باریک‌تری دارد. برای رشد یک لایه تک کریستالی کامل، سه شرط سخت باید رعایت شود.

ابتدا بستر باید تک کریستالی باشد. لایه اپیتاکسیال ادامه شبکه کریستالی زیرلایه است. اگر بستر خود پلی کریستالی یا آمورف باشد، نمی توان یک لایه اپیتاکسیال تک کریستالی رشد داد.

دوم اینکه دما باید به اندازه کافی بالا باشد. برای اپیتاکسی سیلیکون، دما معمولاً 1000-1200 درجه سانتیگراد است. برای اپیتاکسی کاربید سیلیکون، دما حتی می تواند به 1500-1600 درجه سانتیگراد برسد. دمای بالا تحرک سطحی کافی را برای اتم های جذب شده فراهم می کند و به آنها اجازه می دهد موقعیت های صحیح خود را در شبکه کریستالی پیدا کنند.

سوم، سرعت رشد باید کند باشد. سرعت خیلی سریع باعث می‌شود اتم‌ها زمان کافی برای "صفحه شدن" نداشته باشند و در نتیجه ساختارهای چند بلوری یا نقص‌ها ایجاد شود. نرخ رشد معمولی برای اپیتاکسی سیلیکون 0.1-1 میکرومتر در دقیقه است، در حالی که رسوب CVD سیلیکون پلی کریستالی به راحتی می تواند به 10 میکرومتر در دقیقه برسد.

علاوه بر این، اپیتاکسی نیاز به تمیزی بسیار بالایی از محفظه دارد. هر اتم ناخالصی می تواند به مرکز نقص تبدیل شود و یکپارچگی تک کریستال را به خطر بیندازد.

III. تبدیل متقابل

تحت شرایط خاصی، اپیتاکسی و CVD را می توان به هم تبدیل کرد.

از CVD تا Epitaxy: اگر بستر سیلیکون مونو کریستال باشد و دمای رسوب به اندازه کافی بالا باشد و سرعت رشد به اندازه کافی کند باشد، فرآیند CVD که به طور معمول سیلیکون پلی کریستالی تولید می کند، می تواند به اپیتاکسی تک کریستالی تبدیل شود. به عنوان مثال، رسوب با سیلان در دمای زیر 900 درجه سانتیگراد سیلیکون پلی کریستالی تولید می کند. افزایش دما تا 1050 درجه سانتیگراد در حالی که فشار جزئی سیلان را کاهش می دهد، امکان رشد یک لایه اپیتاکسیال تک کریستالی را روی یک بستر سیلیکونی تک کریستالی فراهم می کند. این اصل اساسی رشد اپیتاکسیال است - با افزایش سرعت انتشار سطحی، اتم‌ها فرصت پیدا کردن موقعیت‌های شبکه را دارند.

از Epitaxy تا CVD: اگر دما به اندازه کافی بالا نباشد یا سرعت رشد خیلی سریع باشد، فرآیند اپیتاکسی به رسوب پلی کریستالی یا آمورف تبدیل می شود. برای مثال، تلاش برای رشد اپیتاکسیال سیلیکون در دماهای پایین ممکن است منجر به سیلیکون آمورف شود. اپیتاکسی در نرخ های بالا ممکن است اجزای پلی کریستالی را معرفی کند. در صنعت، گاهی اوقات از این "تخریب" عمدا برای رشد لایه های نازک سیلیکونی پلی کریستالی استفاده می شود. به عنوان مثال، در پر کردن ترانشه، ابتدا یک لایه سیلیکون آمورف در دمای پایین به عنوان بافر رسوب می‌شود و سپس در دمای بالا آنیل می‌شود تا متبلور شود.

IV. همزیستی و همزیستی

در فرآیندهای ساخت پیشرفته، epitaxy و CVD اغلب در یک تجهیزات وجود دارند و حتی در یک مرحله فرآیند با هم همکاری می کنند.

اپیتاکسی انتخابی یک مثال معمولی است. در فرآیندهای بالابر منبع تخلیه، سیلیکون همپایه باید به طور انتخابی در مناطق سیلیکونی تک کریستالی در معرض رشد رشد کند، در حالی که هیچ چیز در مناطق جدا شده از دی اکسید سیلیکون یا نیترید سیلیکون رشد نمی کند. این فرآیند در واقع یک "رقابت" بین اپیتاکسی و CVD است - بر روی سطح سیلیکون تک کریستالی، اتم ها می توانند به سرعت مهاجرت کنند و موقعیت های شبکه ای را پیدا کنند تا یک لایه همپایی تشکیل دهند. در سطوح عایق، هسته زایی آهسته است و مواد پلی کریستالی یا آمورف نهایی رسوب شده را می توان به صورت انتخابی از بین برد.

رسوب مستمر اپیتاکسی و پلی کریستالی: در ساخت سه بعدی NAND، گاهی لازم است ابتدا سیلیکون مونو کریستال به صورت همبسته به عنوان لایه بذر رشد کرد و سپس به حالت CVD برای رسوب سیلیکون پلی کریستال برای پر کردن ترانشه ها روی آورد. همین تجهیزات اپیتاکسیال می توانند آزادانه با تنظیم دما و نسبت گاز بین حالت های تک کریستالی و پلی کریستالی جابجا شوند.

Epitaxy + Deposition در فناوری سیلیکون فشرده: سیلیکون ژرمانیوم به صورت همپایی در مناطق منبع و تخلیه PMOS رشد می کند و یک پد استرس نیترید سیلیکون به طور همزمان CVD روی آن رسوب می کند. این دو با هم برای معرفی تنش فشاری کانال و بهبود تحرک سوراخ کار می کنند.

V. نتیجه گیری

Epitaxy و CVD دو رویکرد متمایز را نشان می‌دهند: یکی، پیگیری «تکثیر کامل در سطح اتمی»، و دیگری، عمل‌گرایی «تشکیل فیلم کارآمد». آنها اصول اساسی واکنش های شیمیایی فاز گاز را به اشتراک می گذارند، اما از نظر کیفیت کریستال، پنجره دما و سرعت رشد به طور قابل توجهی واگرایی دارند. با تنظیم دما و سرعت، می توان آنها را به هم تبدیل کرد. از طریق طراحی مبتکرانه فرآیند، آنها می توانند در یک دستگاه واحد وجود داشته باشند و در همان فرآیند کار کنند. این همکاری هماهنگ بین این دو عموزاده است که به تراشه‌ها اجازه می‌دهد هم کانال‌های تک‌کریستالی کامل و هم دروازه‌های پلی‌کریستالی متراکم و لایه‌های دی‌الکتریک عایق داشته باشند و از ساختمان باشکوه میلیاردها ترانزیستور که با هم کار می‌کنند پشتیبانی کنند.

Semicorex کیفیت بالایی را ارائه می دهدمحصولات پوشش CVD. اگر سؤالی دارید یا نیاز به جزئیات بیشتری دارید، لطفاً در تماس با ما دریغ نکنید.

تلفن تماس 86-13567891907

ایمیل: sales@semicorex.com