Sự khác biệt giữa epit Wax và CVD

Trong quy trình lắng đọng màng mỏng của sản xuất chip, hai công nghệ thường được đề cập cùng nhau, tuy nhiên chúng khác nhau về cơ bản—lắng đọng epit Wax và lắng đọng hơi hóa học. Chúng giống như anh em họ, đều thuộc họ “tăng trưởng hơi nước”, nhưng có những đặc điểm và thế mạnh riêng biệt. Đôi khi, chúng tách biệt rõ ràng; những lúc khác, chúng có thể biến đổi lẫn nhau và cùng tồn tại trong những điều kiện cụ thể.

I. Khác biệt căn bản: Một bên là Sao chép, một bên là Graffiti

Lắng đọng hơi hóa học (CVD) là phương pháp lắng đọng màng mỏng phổ biến nhất. Nguyên lý của nó rất đơn giản: một loại khí chứa nguyên tố mục tiêu được đưa vào buồng phản ứng, tại đó phản ứng hóa học xảy ra trên bề mặt wafer được làm nóng, tạo ra một màng mỏng rắn. Màng tạo ra CVD có thể là đa tinh thể, vô định hình hoặc đơn tinh thể, tùy thuộc vào điều kiện của quy trình. Nó giống như sơn một bức tường—bất kể cấu trúc tinh thể của bức tường như thế nào, lớp sơn chỉ đơn giản đông cứng lại thành một lớp màng. Silicon dioxide lắng đọng CVD, silicon nitride, silicon đa tinh thể, v.v., không có các yêu cầu nghiêm ngặt về kết hợp mạng tinh thể với chất nền.

Mặt khác, văn bia là một “nhánh cao quý” trong họ CVD. Yêu cầu của nó nghiêm ngặt hơn nhiều: màng lắng đọng phải có cấu trúc tinh thể và hướng giống như chất nền, với các nguyên tử "phát triển" từng lớp một để tái tạo hoàn hảo sự sắp xếp mạng tinh thể của chất nền. Epitaxy giống như sử dụng cùng một mẫu để sao chép các viên gạch—bức tường mới xây phải căn chỉnh hoàn hảo các mối nối gạch của bức tường cũ. Các lớp epiticular thường là silicon đơn tinh thể, silicon germanium, cacbua silic, v.v., được sử dụng để xây dựng các cấu trúc chính như vùng hoạt động và các dị vòng của bóng bán dẫn.

Nói một cách đơn giản, tất cả epit Wax đều là CVD, nhưng không phải tất cả CVD đều là epit Wax. Epitaxy là chế độ CVD "sao chép đơn tinh thể" đạt được trong các điều kiện cụ thể.

II. Sự khác biệt trong điều kiện quy trình

CVD có một cửa sổ quy trình rất rộng. Nhiệt độ có thể dao động từ nhiệt độ phòng đến hàng nghìn độ C, áp suất từ ​​áp suất khí quyển đến vài Pascal và các loại khí vô cùng đa dạng. Bất kỳ quá trình nào cho phép khí phản ứng và tạo thành màng mỏng rắn đều có thể được gọi là CVD. CVD được tăng cường bằng plasma có thể lắng đọng silicon nitride ở 300-400°C, CVD áp suất thấp ở 600-700°C và CVD áp suất khí quyển ở nhiệt độ trên 900°C, lắng đọng silicon dioxide. CVD hầu như không có yêu cầu đối với chất nền - silicon, thủy tinh, kim loại và thậm chí cả nhựa (trong điều kiện nhiệt độ thấp) đều có thể được lắng đọng.

Mặt khác, văn bia có phạm vi quy trình hẹp hơn nhiều. Để phát triển một lớp đơn tinh thể hoàn hảo, phải đáp ứng ba điều kiện nghiêm ngặt.

Đầu tiên, chất nền phải là đơn tinh thể. Lớp epitaxy là sự tiếp nối của mạng tinh thể của chất nền; nếu bản thân chất nền là đa tinh thể hoặc vô định hình thì không thể phát triển được lớp epiticular đơn tinh thể.

Thứ hai, nhiệt độ phải đủ cao. Đối với epit Wax silicon, nhiệt độ thường là 1000-1200°C; đối với epitaxy cacbua silic, nhiệt độ thậm chí có thể đạt tới 1500-1600°C. Nhiệt độ cao cung cấp đủ độ linh động trên bề mặt cho các nguyên tử bị hấp phụ, cho phép chúng tìm thấy vị trí chính xác trong mạng tinh thể.

Thứ ba, tốc độ tăng trưởng phải chậm. Tốc độ quá nhanh sẽ khiến các nguyên tử không có đủ thời gian để “xếp hàng”, dẫn đến các cấu trúc đa tinh thể hoặc khiếm khuyết. Tốc độ tăng trưởng điển hình của epit Wax silicon là 0,1-1 micromet mỗi phút, trong khi sự lắng đọng CVD của silicon đa tinh thể có thể dễ dàng đạt tới 10 micromet mỗi phút.

Hơn nữa, epitaxy yêu cầu độ sạch của buồng cực kỳ cao; bất kỳ nguyên tử tạp chất nào cũng có thể trở thành tâm khuyết tật, làm ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của đơn tinh thể.

III. Chuyển đổi xen kẽ

Trong những điều kiện nhất định, epit Wax và CVD có thể được chuyển đổi lẫn nhau.

Từ CVD đến Epitaxy: Nếu chất nền là silicon đơn tinh thể và nhiệt độ lắng đọng đủ cao và tốc độ tăng trưởng đủ chậm, thì quá trình CVD, thường tạo ra silicon đa tinh thể, có thể được chuyển thành epit Wax đơn tinh thể. Ví dụ, lắng đọng với silan dưới 900°C sẽ tạo ra silicon đa tinh thể; tăng nhiệt độ lên 1050°C trong khi giảm áp suất riêng phần silan cho phép sự phát triển của lớp epiticular đơn tinh thể trên đế silicon đơn tinh thể. Đây là nguyên lý cơ bản của sự phát triển epiticular – bằng cách tăng tốc độ khuếch tán bề mặt, các nguyên tử có cơ hội “tìm” các vị trí mạng tinh thể.

Từ Epitaxy đến CVD: Nếu nhiệt độ không đủ cao hoặc tốc độ tăng trưởng quá nhanh, quá trình epiticular sẽ “thoái hóa” thành lắng đọng đa tinh thể hoặc vô định hình. Ví dụ, cố gắng phát triển silicon một cách epitaxy ở nhiệt độ thấp có thể tạo ra silicon vô định hình; epitaxy ở tốc độ cao có thể tạo ra các thành phần đa tinh thể. Trong công nghiệp, sự "phân hủy" này đôi khi được sử dụng một cách có chủ ý để tạo ra các màng mỏng silicon đa tinh thể. Ví dụ, trong quá trình lấp rãnh, một lớp silicon vô định hình trước tiên được lắng đọng ở nhiệt độ thấp làm chất đệm, sau đó được ủ ở nhiệt độ cao để kết tinh nó.

IV. Cùng tồn tại và cộng sinh

Trong các quy trình sản xuất tiên tiến, epit Wax và CVD thường cùng tồn tại trong cùng một thiết bị và thậm chí hợp tác trong cùng một bước quy trình.

Epitaxy chọn lọc là một ví dụ điển hình. Trong các quy trình nâng cấp thoát nước, silicon epiticular cần được phát triển có chọn lọc ở các vùng silicon đơn tinh thể lộ ra, trong khi không có gì phát triển ở các vùng cách ly silicon dioxide hoặc silicon nitride. Quá trình này thực chất là một "cuộc cạnh tranh" giữa epit Wax và CVD—trên bề mặt silicon đơn tinh thể, các nguyên tử có thể di chuyển nhanh chóng và tìm các vị trí mạng tinh thể để tạo thành lớp epiticular; trên các bề mặt cách điện, quá trình tạo mầm nguyên tử diễn ra chậm và vật liệu đa tinh thể hoặc vô định hình lắng đọng cuối cùng có thể bị ăn mòn có chọn lọc.

Sự lắng đọng liên tục của Epitaxy và Đa tinh thể: Trong sản xuất 3D NAND, đôi khi cần phải phát triển silicon đơn tinh thể bằng phương pháp epitaxy trước tiên dưới dạng lớp hạt, sau đó chuyển sang chế độ CVD để lắng đọng silicon đa tinh thể để lấp đầy các rãnh. Thiết bị epiticular tương tự có thể tự do chuyển đổi giữa chế độ đơn tinh thể và đa tinh thể bằng cách điều chỉnh tỷ lệ nhiệt độ và khí.

Epitaxy + Lắng đọng trong Công nghệ Silicon Căng: Germanium silicon được trồng epitaxy ở vùng nguồn và vùng thoát của PMOS, đồng thời một miếng đệm ứng suất silicon nitride được lắng đọng CVD đồng thời trên đó. Cả hai phối hợp với nhau để tạo ra ứng suất nén kênh và cải thiện tính di động của lỗ.

V. Kết luận

Epitaxy và CVD đại diện cho hai cách tiếp cận riêng biệt: một là theo đuổi "sự sao chép hoàn hảo ở cấp độ nguyên tử" và hai là chủ nghĩa thực dụng của "tạo màng hiệu quả". Chúng chia sẻ các nguyên tắc cơ bản của các phản ứng hóa học ở pha khí, nhưng khác nhau đáng kể về chất lượng tinh thể, cửa sổ nhiệt độ và tốc độ tăng trưởng. Bằng cách điều chỉnh nhiệt độ và tốc độ, chúng có thể được chuyển đổi lẫn nhau; thông qua thiết kế quy trình khéo léo, chúng có thể cùng tồn tại trên một thiết bị duy nhất và hoạt động trong cùng một quy trình. Chính sự hợp tác hài hòa giữa hai người anh em họ này đã cho phép chip sở hữu cả kênh đơn tinh thể hoàn hảo cũng như cổng đa tinh thể dày đặc và các lớp điện môi cách điện, hỗ trợ tòa nhà tráng lệ gồm hàng tỷ bóng bán dẫn hoạt động cùng nhau.

Semicorex cung cấp chất lượng caoSản phẩm sơn CVD. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc cần thêm chi tiết, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Số điện thoại liên hệ +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com