Apa perbedaan antara epitaksi dan CVD

Dalam proses pengendapan film tipis pada pembuatan chip, dua teknologi sering disebutkan bersamaan, namun keduanya berbeda secara mendasar—epitaxy dan deposisi uap kimia. Mereka seperti sepupu, keduanya termasuk dalam keluarga "pertumbuhan uap", namun dengan karakteristik dan kekuatan yang berbeda. Terkadang, keduanya jelas terpisah; di lain waktu, mereka dapat bertransformasi menjadi satu sama lain dan hidup berdampingan dalam kondisi tertentu.

I. Perbedaan Mendasar: Yang Satu Menyalin, Yang Lain Grafiti

Deposisi Uap Kimia (CVD) adalah metode deposisi film tipis yang paling umum. Prinsipnya sederhana: gas yang mengandung unsur target dimasukkan ke dalam ruang reaksi, di mana reaksi kimia terjadi pada permukaan wafer yang dipanaskan, menghasilkan lapisan tipis padat. Film yang dihasilkan CVD dapat berupa polikristalin, amorf, atau kristal tunggal, bergantung pada kondisi prosesnya. Ini seperti mengecat dinding—apa pun struktur kristal dindingnya, catnya akan mengeras menjadi sebuah film. Silikon dioksida yang diendapkan CVD, silikon nitrida, silikon polikristalin, dll., tidak memiliki persyaratan pencocokan kisi yang ketat dengan substrat.

Epitaphing, di sisi lain, adalah "cabang mulia" dalam keluarga CVD. Persyaratannya jauh lebih ketat: film yang diendapkan harus memiliki struktur dan orientasi kristal yang sama dengan substrat, dengan atom "tumbuh" lapis demi lapis untuk meniru susunan kisi substrat dengan sempurna. Epitaksi seperti menggunakan templat yang sama untuk menyalin batu bata—dinding yang baru dibangun harus sejajar sempurna dengan sambungan bata pada dinding lama. Lapisan epitaksi biasanya berupa silikon kristal tunggal, silikon germanium, silikon karbida, dll., yang digunakan untuk membangun struktur utama seperti daerah aktif dan heterojungsi transistor.

Sederhananya, semua epitaksi adalah CVD, tetapi tidak semua CVD adalah epitaksi. Epitaksi adalah mode CVD "replikasi kristal tunggal" yang dicapai dalam kondisi tertentu.

II. Perbedaan Kondisi Proses

CVD memiliki jendela proses yang sangat luas. Suhu dapat berkisar dari suhu kamar hingga ribuan derajat Celcius, tekanan dari tekanan atmosfer hingga beberapa Pascal, dan jenis gas yang sangat beragam. Setiap proses yang memungkinkan gas bereaksi dan membentuk film tipis padat dapat disebut CVD. CVD yang ditingkatkan plasma dapat menyimpan silikon nitrida pada suhu 300-400°C, CVD tekanan rendah pada 600-700°C, dan CVD tekanan atmosfer pada suhu di atas 900°C, menyimpan silikon dioksida. CVD hampir tidak memiliki persyaratan untuk substrat—silikon, kaca, logam, dan bahkan plastik (dalam kondisi suhu rendah) semuanya dapat disimpan.

Epitaphing, di sisi lain, memiliki jendela proses yang jauh lebih sempit. Untuk menumbuhkan lapisan kristal tunggal yang sempurna, tiga kondisi ketat harus dipenuhi.

Pertama, substrat harus berupa kristal tunggal. Lapisan epitaksi merupakan kelanjutan dari kisi kristal substrat; jika substratnya sendiri polikristalin atau amorf, lapisan epitaksi kristal tunggal tidak dapat ditumbuhkan.

Kedua, suhunya harus cukup tinggi. Untuk epitaksi silikon, suhu biasanya 1000-1200°C; untuk epitaksi silikon karbida, suhunya bahkan bisa mencapai 1500-1600°C. Temperatur yang tinggi memberikan mobilitas permukaan yang cukup bagi atom-atom yang teradsorpsi, memungkinkan atom-atom tersebut menemukan posisi yang tepat dalam kisi kristal.

Ketiga, tingkat pertumbuhan harus lambat. Laju yang terlalu cepat akan menyebabkan atom tidak memiliki cukup waktu untuk "berbaris", sehingga mengakibatkan struktur polikristalin atau cacat. Tingkat pertumbuhan tipikal untuk epitaksi silikon adalah 0,1-1 mikrometer per menit, sedangkan deposisi CVD silikon polikristalin dapat dengan mudah mencapai 10 mikrometer per menit.

Selain itu, epitaksi memerlukan kebersihan ruangan yang sangat tinggi; setiap atom pengotor dapat menjadi pusat cacat, sehingga mengganggu integritas kristal tunggal.

AKU AKU AKU. Interkonversi

Dalam kondisi tertentu, epitaksi dan CVD dapat saling dikonversi.

Dari CVD ke Epitaksi: Jika substratnya adalah silikon monokristalin, dan suhu pengendapan cukup tinggi serta laju pertumbuhan cukup lambat, proses CVD, yang biasanya menghasilkan silikon polikristalin, dapat diubah menjadi epitaksi monokristalin. Misalnya, deposisi dengan silan di bawah 900°C menghasilkan silikon polikristalin; menaikkan suhu hingga 1050°C sekaligus menurunkan tekanan parsial silan memungkinkan pertumbuhan lapisan epitaksi monokristalin pada substrat silikon monokristalin. Ini adalah prinsip dasar pertumbuhan epitaksi—dengan meningkatkan laju difusi permukaan, atom mempunyai peluang untuk "menemukan" posisi kisi.

Dari Epitaksi ke CVD: Jika suhu tidak cukup tinggi, atau laju pertumbuhan terlalu cepat, proses epitaksi akan “merosot” menjadi deposisi polikristalin atau amorf. Misalnya, upaya menumbuhkan silikon secara epitaksial pada suhu rendah dapat menghasilkan silikon amorf; epitaksi dengan kecepatan tinggi dapat menimbulkan komponen polikristalin. Dalam industri, "degradasi" ini terkadang sengaja digunakan untuk menumbuhkan film tipis silikon polikristalin. Misalnya, dalam pengisian parit, lapisan silikon amorf pertama-tama diendapkan pada suhu rendah sebagai buffer, dan kemudian dianil pada suhu tinggi untuk mengkristal.

IV. Hidup berdampingan dan Simbiosis

Dalam proses manufaktur tingkat lanjut, epitaksi dan CVD sering kali berada bersamaan dalam peralatan yang sama, dan bahkan bekerja sama dalam langkah proses yang sama.

Epitaksi selektif adalah contoh tipikal. Dalam proses pengangkatan sumber-drain, silikon epitaksi perlu ditanam secara selektif di daerah silikon monokristalin yang terbuka, sementara tidak ada yang tumbuh di daerah isolasi silikon dioksida atau silikon nitrida. Proses ini sebenarnya merupakan "kompetisi" antara epitaksi dan CVD—pada permukaan silikon monokristalin, atom dapat bermigrasi dengan cepat dan menemukan posisi kisi untuk membentuk lapisan epitaksi; pada permukaan insulasi, nukleasi atom berlangsung lambat, dan material polikristalin atau amorf yang diendapkan akhir dapat tergores secara selektif.

Deposisi Epitaksi dan Polikristalin yang Berkelanjutan: Dalam pembuatan 3D NAND, terkadang silikon monokristalin perlu ditumbuhkan terlebih dahulu secara epitaksi sebagai lapisan benih, lalu beralih ke mode CVD untuk menyimpan silikon polikristalin guna mengisi parit. Peralatan epitaksi yang sama dapat dengan bebas beralih antara mode monokristalin dan polikristalin dengan menyesuaikan suhu dan rasio gas.

Epitaksi + Deposisi dalam Teknologi Silikon Tegang: Silikon Germanium ditanam secara epitaksi di daerah sumber dan saluran PMOS, dan bantalan tegangan silikon nitrida secara bersamaan diendapkan CVD di atasnya. Keduanya bekerja sama untuk menimbulkan tegangan tekan saluran dan meningkatkan mobilitas lubang.

V.Kesimpulan

Epitaksi dan CVD mewakili dua pendekatan berbeda: satu, upaya mencapai "replikasi sempurna tingkat atom", dan yang lainnya, pragmatisme "pembentukan film yang efisien". Mereka berbagi prinsip dasar reaksi kimia fase gas, namun berbeda secara signifikan dalam hal kualitas kristal, rentang suhu, dan laju pertumbuhan. Dengan menyesuaikan suhu dan laju, keduanya dapat dikonversi; melalui desain proses yang cerdik, mereka dapat hidup berdampingan di satu perangkat dan bekerja dalam proses yang sama. Kolaborasi harmonis antara dua sepupu inilah yang memungkinkan chip memiliki saluran kristal tunggal yang sempurna dan gerbang polikristalin padat serta lapisan dielektrik isolasi, mendukung bangunan megah miliaran transistor yang bekerja bersama.

Semicorex menawarkan kualitas tinggiProduk pelapis CVD. Jika Anda memiliki pertanyaan atau memerlukan detail tambahan, jangan ragu untuk menghubungi kami.

Hubungi telepon #+86-13567891907

Email: penjualan@semicorex.com