อะไรคือความแตกต่างระหว่าง Epitaxy และ CVD

ในขั้นตอนการสะสมฟิล์มบางของการผลิตชิป มักกล่าวถึงเทคโนโลยีสองอย่างด้วยกัน แต่โดยพื้นฐานแล้วมีความแตกต่างกัน นั่นคือการสะสมของอีพิแทกซีและการสะสมไอสารเคมี พวกเขาเป็นเหมือนลูกพี่ลูกน้องซึ่งทั้งสองอยู่ในตระกูล "การเจริญเติบโตของไอ" แต่มีลักษณะและจุดแข็งที่แตกต่างกัน บางครั้งมันก็แยกจากกันอย่างชัดเจน ในบางครั้งพวกเขาสามารถแปลงร่างกันและอยู่ร่วมกันได้ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ

I. ความแตกต่างขั้นพื้นฐาน: สิ่งหนึ่งคือการคัดลอก และอีกสิ่งหนึ่งคือกราฟฟิตี้

การสะสมไอสารเคมี (CVD) เป็นวิธีการสะสมฟิล์มบางที่พบบ่อยที่สุด หลักการนี้ง่ายมาก: ก๊าซที่มีองค์ประกอบเป้าหมายจะถูกนำเข้าไปในห้องปฏิกิริยา ซึ่งปฏิกิริยาทางเคมีเกิดขึ้นบนพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ที่ได้รับความร้อน ทำให้เกิดฟิล์มบางที่เป็นของแข็ง ฟิล์มที่สร้างจาก CVD อาจเป็นโพลีคริสตัลไลน์ อสัณฐาน หรือผลึกเดี่ยว ขึ้นอยู่กับสภาวะของกระบวนการ เหมือนกับการทาสีผนัง ไม่ว่าโครงสร้างคริสตัลของผนังจะเป็นอย่างไร สีก็จะแข็งตัวเป็นแผ่นฟิล์ม ซิลิคอนไดออกไซด์ที่ฝาก CVD, ซิลิคอนไนไตรด์, ซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ ฯลฯ ไม่มีข้อกำหนดการจับคู่ตาข่ายที่เข้มงวดกับซับสเตรต

ในทางกลับกัน การจารึกเป็น "สาขาอันสูงส่ง" ในตระกูล CVD ข้อกำหนดมีความเข้มงวดมากขึ้น: ฟิล์มที่สะสมจะต้องมีโครงสร้างผลึกและการวางแนวเดียวกันกับซับสเตรต โดยมีอะตอม "เติบโต" ทีละชั้นเพื่อจำลองการจัดเรียงโครงตาข่ายของซับสเตรตได้อย่างสมบูรณ์แบบ Epitaxy ก็เหมือนกับการใช้เทมเพลตเดียวกันในการคัดลอกอิฐ ผนังที่สร้างขึ้นใหม่จะต้องจัดแนวรอยต่ออิฐของผนังเก่าให้เหมาะสม โดยทั่วไปชั้นอีปิแอกเซียลจะเป็นซิลิคอนผลึกเดี่ยว เจอร์เมเนียมซิลิคอน ซิลิคอนคาร์ไบด์ ฯลฯ ซึ่งใช้ในการสร้างโครงสร้างสำคัญ เช่น บริเวณแอคทีฟและจุดแยกเฮเทอโรของทรานซิสเตอร์

พูดง่ายๆ ก็คือ epitaxy ทั้งหมดคือ CVD แต่ไม่ใช่ CVD ทั้งหมดที่เป็น epitaxy Epitaxy คือโหมด "การจำลองแบบผลึกเดี่ยว" ของ CVD ที่เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ

ครั้งที่สอง ความแตกต่างในสภาวะกระบวนการ

CVD มีหน้าต่างกระบวนการที่กว้างมาก อุณหภูมิอาจมีตั้งแต่อุณหภูมิห้องไปจนถึงหลายพันองศาเซลเซียส ความกดดันตั้งแต่ความกดอากาศไปจนถึงระดับปาสคาลเล็กน้อย และประเภทของก๊าซมีความหลากหลายอย่างมาก กระบวนการใดๆ ที่ทำให้ก๊าซทำปฏิกิริยาและก่อตัวเป็นฟิล์มบางที่เป็นของแข็ง สามารถเรียกว่า CVD CVD ที่ปรับปรุงด้วยพลาสมาสามารถสะสมซิลิคอนไนไตรด์ได้ที่ 300-400°C, CVD ความดันต่ำที่ 600-700°C และ CVD ความดันบรรยากาศที่อุณหภูมิสูงกว่า 900°C ซึ่งจะสะสมซิลิคอนไดออกไซด์ CVD แทบไม่มีข้อกำหนดสำหรับซับสเตรต เช่น ซิลิคอน แก้ว โลหะ และแม้แต่พลาสติก (ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ) ก็สามารถสะสมได้ทั้งหมด

ในทางกลับกัน การแกะสลักมีหน้าต่างกระบวนการที่แคบกว่ามาก หากต้องการสร้างชั้นผลึกเดี่ยวที่สมบูรณ์แบบ จะต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขที่เข้มงวดสามประการ

ขั้นแรก วัสดุพิมพ์จะต้องเป็นผลึกเดี่ยว ชั้นเยื่อบุผิวเป็นส่วนต่อเนื่องของโครงตาข่ายคริสตัลของสารตั้งต้น หากสารตั้งต้นนั้นเป็นโพลีคริสตัลไลน์หรืออสัณฐาน ชั้นเอพิแทกเซียลแบบผลึกเดี่ยวจะไม่สามารถเติบโตได้

ประการที่สองอุณหภูมิจะต้องสูงพอ สำหรับซิลิกอน epitaxy โดยทั่วไปอุณหภูมิจะอยู่ที่ 1,000-1200°C; สำหรับ epitaxy ของซิลิคอนคาร์ไบด์ อุณหภูมิอาจสูงถึง 1,500-1,600°C อุณหภูมิสูงทำให้พื้นผิวมีการเคลื่อนตัวเพียงพอสำหรับอะตอมที่ถูกดูดซับ ช่วยให้อะตอมสามารถค้นหาตำแหน่งที่ถูกต้องในโครงตาข่ายคริสตัลได้

ประการที่สาม อัตราการเติบโตจะต้องช้า อัตราที่เร็วเกินไปจะทำให้อะตอมมีเวลาไม่เพียงพอที่จะ "จัดเรียง" ส่งผลให้เกิดโครงสร้างโพลีคริสตัลไลน์หรือข้อบกพร่อง อัตราการเติบโตของซิลิคอนเอพิแทกซีโดยทั่วไปคือ 0.1-1 ไมโครเมตรต่อนาที ในขณะที่การสะสม CVD ของโพลีคริสตัลไลน์ซิลิคอนสามารถสูงถึง 10 ไมโครเมตรต่อนาทีได้อย่างง่ายดาย

นอกจากนี้ Epitaxy ยังต้องการความสะอาดของห้องที่สูงมากอีกด้วย อะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ใดๆ อาจกลายเป็นจุดศูนย์กลางของข้อบกพร่อง ซึ่งทำให้ความสมบูรณ์ของผลึกเดี่ยวลดลง

ที่สาม การแปลง

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ Epitaxy และ CVD สามารถสลับกันได้

จาก CVD ไปจนถึง Epitaxy: หากซับสเตรตเป็นซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ และอุณหภูมิการสะสมสูงเพียงพอและอัตราการเติบโตช้าเพียงพอ กระบวนการ CVD ซึ่งโดยปกติจะผลิตซิลิกอนโพลีคริสตัลไลน์ สามารถเปลี่ยนให้เป็นโมโนคริสตัลไลน์เอพิแทกซีได้ ตัวอย่างเช่น การสะสมด้วยไซเลนที่อุณหภูมิต่ำกว่า 900°C จะทำให้เกิดซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ การเพิ่มอุณหภูมิเป็น 1,050°C ในขณะที่ลดความดันบางส่วนของไซเลนลงทำให้เกิดการเติบโตของชั้นเอปิเทกเซียลแบบโมโนคริสตัลไลน์บนพื้นผิวซิลิกอนโมโนคริสตัลไลน์ นี่คือหลักการพื้นฐานของการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว โดยการเพิ่มอัตราการแพร่ของพื้นผิว อะตอมจะมีโอกาสที่จะ "ค้นหา" ตำแหน่งโครงตาข่าย

จาก Epitaxy ไปจนถึง CVD: หากอุณหภูมิสูงไม่พอ หรืออัตราการเติบโตเร็วเกินไป กระบวนการ Epitaxy จะ "เสื่อมสภาพ" ไปสู่การสะสมของผลึกโพลีคริสตัลไลน์หรืออสัณฐาน ตัวอย่างเช่น ความพยายามที่จะปลูกซิลิคอนแบบ epitaxisly ที่อุณหภูมิต่ำอาจส่งผลให้เกิดซิลิคอนอสัณฐาน epitaxy ในอัตราสูงอาจทำให้เกิดส่วนประกอบโพลีคริสตัลไลน์ ในอุตสาหกรรม บางครั้ง "การย่อยสลาย" นี้ถูกใช้อย่างจงใจเพื่อปลูกฟิล์มบางโพลีคริสตัลไลน์ซิลิคอน ตัวอย่างเช่น ในการเติมร่องลึก ชั้นของซิลิคอนอสัณฐานจะถูกสะสมไว้ที่อุณหภูมิต่ำเป็นบัฟเฟอร์ก่อน จากนั้นจึงอบอ่อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้ตกผลึก

IV. การอยู่ร่วมกันและการอยู่ร่วมกัน

ในกระบวนการผลิตขั้นสูง เอพิแทกซีและ CVD มักจะอยู่ร่วมกันในอุปกรณ์เดียวกัน และยังร่วมมือกันในขั้นตอนกระบวนการเดียวกันอีกด้วย

Selective epitaxy เป็นตัวอย่างทั่วไป ในกระบวนการยกแหล่งระบายออก ซิลิคอนอีปิแอกเซียลจำเป็นต้องได้รับการปลูกแบบคัดเลือกในบริเวณซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์แบบเปิด ขณะที่ไม่มีสิ่งใดเติบโตในบริเวณที่แยกซิลิคอนไดออกไซด์หรือซิลิคอนไนไตรด์ กระบวนการนี้เป็น "การแข่งขัน" จริงๆ ระหว่างเอพิแทกซีและซีวีดี บนพื้นผิวของซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ อะตอมสามารถเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและค้นหาตำแหน่งโครงตาข่ายเพื่อสร้างชั้นเอพิแทกเซียล บนพื้นผิวฉนวน การเกิดนิวเคลียสของอะตอมจะช้า และโพลีคริสตัลไลน์หรือวัสดุอสัณฐานที่สะสมในขั้นสุดท้ายสามารถเลือกแกะสลักออกไปได้

การสะสมของอีพิแทกซีและโพลีคริสตัลไลน์อย่างต่อเนื่อง: ในการผลิต 3D NAND บางครั้งจำเป็นต้องปลูกซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์แบบเอปิแทกเซียลเป็นชั้นเมล็ดพืชก่อน จากนั้นจึงเปลี่ยนไปใช้โหมด CVD เพื่อเติมโพลีคริสตัลไลน์ซิลิคอนเพื่อเติมร่องลึก อุปกรณ์อีพิเทกเซียลเดียวกันสามารถสลับระหว่างโหมดโมโนคริสตัลไลน์และโพลีคริสตัลไลน์ได้อย่างอิสระโดยการปรับอุณหภูมิและอัตราส่วนก๊าซ

Epitaxy + การสะสมในเทคโนโลยี Strained Silicon: เจอร์เมเนียมซิลิคอนถูกปลูกแบบ epitaxisly ในแหล่งกำเนิดและบริเวณท่อระบายน้ำของ PMOS และแผ่นความเครียดซิลิคอนไนไตรด์จะสะสม CVD ไว้พร้อมกัน ทั้งสองทำงานร่วมกันเพื่อแนะนำแรงกดอัดของช่องและปรับปรุงการเคลื่อนที่ของรู

โวลต์ บทสรุป

Epitaxy และ CVD นำเสนอแนวทางที่แตกต่างกันสองแนวทาง วิธีแรกคือการแสวงหา "การจำลองแบบที่สมบูรณ์แบบระดับอะตอม" และอีกวิธีหนึ่งคือแนวทางปฏิบัติของ "การสร้างฟิล์มที่มีประสิทธิภาพ" พวกเขามีหลักการพื้นฐานของปฏิกิริยาเคมีในสถานะแก๊สเหมือนกัน แต่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญในแง่ของคุณภาพผลึก ช่วงอุณหภูมิ และอัตราการเติบโต โดยการปรับอุณหภูมิและอัตรา พวกเขาสามารถสลับกันได้ ด้วยการออกแบบกระบวนการอันชาญฉลาด จึงสามารถอยู่ร่วมกันบนอุปกรณ์เครื่องเดียวและทำงานในกระบวนการเดียวกันได้ การทำงานร่วมกันอย่างกลมกลืนระหว่างสองพี่น้องนี้ทำให้ชิปมีทั้งช่องสัญญาณคริสตัลเดี่ยวที่สมบูรณ์แบบ ประตูโพลีคริสตัลไลน์หนาแน่น และชั้นฉนวนอิเล็กทริก ซึ่งสนับสนุนสิ่งก่อสร้างอันงดงามของทรานซิสเตอร์นับพันล้านที่ทำงานร่วมกัน

Semicorex นำเสนอคุณภาพสูงผลิตภัณฑ์เคลือบ CVD. หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา

โทรศัพท์ติดต่อ # +86-13567891907

อีเมล์: sales@semicorex.com