Материал | Температура, °C | Скорость осаждения, нм/мин | Применение |
Легированный поликремний | 600–650 | 6–20 | Легирование для регулировки механических напряжений и проводимости. Используется в тонкоплёночных фотоэлектрических элементах, резисторах, затворах МОП-транзисторов, тонкоплёночных транзисторах на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H), ячейках DRAM, заполнении канавок (trench fill), эмиттерах биполярных транзисторов. Легированный поликремний обладает достаточной проводимостью для использования в межсоединениях, электростатических устройствах и пьезорезистивных тензодатчиках. Популярный материал в МЭМС. |
Аморфный кремний | 500–550 | 1–3 нм/мин | Некристаллическая форма кремния, используемая в солнечных элементах. |
Поликремний | 580–850 | 6–20 нм/мин | Структуры МЭМС, резисторы, затворы МОП-транзисторов, ячейки DRAM, заполнение канавок, эмиттеры биполярных транзисторов, солнечные элементы. |
Эпитаксиальный кремний | 830–950 | 3–15 нм/мин | Микроэлектронные приборы, эмиттеры солнечных элементов. |
Низкотемпературный оксид (LTO) | 400–650 | 15–22,5 нм/мин | Жертвенные слои, маски для диффузии, маски для ионной имплантации, маски для травления, изоляция, пассивация. |
Высокотемпературный оксид (HTO) | 800–900 °C | 5–10 нм/мин | Флэш-память, изоляция мелких канавок (STI – Small Tench Insulation), спейсеры на боковых стенках, межполикремниевые диэлектрики. |
Нитрид кремния | 800–840 | 3–4,5 нм/мин | Структуры МЭМС, диффузионные барьеры, пассивирующие слои, маски для окисления, маски для травления, маски для ионной имплантации, изоляция, герметизация, механическая защита, подзатворные диэлектрики, оптические волноводы, стоп-слои для химико-механической планаризации и травления. |
Оксинитрид кремния | 770–910 | 1,5–8 нм/мин | Оптические волноводы, регулируемый температурный коэффициент расширения, пассивация, просветляющие покрытия. |
Кремний-германий | 350–550 | 7–13 нм/мин | ВЧ-резонаторы, гетеробиполярные транзисторы, КМОП-транзисторы, термоэлектрические устройства, ВЧ-переключатели и различные электронные приборы |
Поликристаллический карбид кремния | 700–900 | 6–9 нм/мин | МЭМС для работы при высоких температурах и в агрессивных средах, силовые приборы, резонаторы, пассивация |
Оксид TEOS (TEOS-оксид) | 625–725 | 15–25 нм/мин | Диэлектрические и изолирующие слои, материалы жёстких масок (hard mask), оптические волноводы |
Материал | Типичная температура | Типичная скорость осаждения* | Типичное применение |
Аморфный кремний и легированный a-Si | 250–300 °C | 10–20 нм/мин | Некристаллическая форма кремния, используемая в фотоэлектрических элементах и тонкоплёночных транзисторах ЖК-дисплеев. |
Оксид кремния | 200–450 °C | 50–500 нм/мин | Герметизация, МЭМС, материалы жёстких масок |
Оксидные стёкла – BPSG, BSG, PSG | 350–450 °C | 50–100 нм/мин | Низкотемпературные оксиды используются в качестве жертвенных слоёв, масок для диффузии, масок для ионной имплантации, масок для травления, изоляции, пассивации и компенсации механических напряжений. |
Нитрид кремния | 200–350 °C | 20–150 нм/мин | Структуры МЭМС, диффузионные барьеры, пассивирующие слои, маски для окисления, маски для травления, маски для ионной имплантации, изоляция, герметизация, механическая защита, вакуумно-плотная герметизация, подзатворные диэлектрики, оптические волноводы, стоп-слои для CMP и травления, компенсация механических напряжений. |
Оксинитрид кремния | 250–350 °C | 20–150 нм/мин | Оптические волноводы, пассивация, просветляющие слои. |
Карбид кремния | 300–400 °C | 10–30 нм/мин (>180 нм/мин возможно) | МЭМС для работы при высоких температурах и в агрессивных средах. |
Оксид TEOS (TEOS-оксид) | 200–350 °C | 15–25 нм/мин | Диэлектрические слои, изолирующие слои, материалы жёстких масок, изоляция сквозных кремниевых переходов, оптические волноводы. |
Алмазоподобный углерод (DLC) | 20–40 °C | 50–100 нм/мин | Защита от абразивного износа |
Рисунок 3: Компоненты HDPCVD-системы.
Параметр | LPCVD | PECVD | HDPCVD |
Диапазон температур | Типичный: 400–900 °C SiO2: 300–500 °C (SiH4) 650–750 °C (TEOS) ~900 °C (SiH2Cl2) SiNₓ: Может потребовать создания температурных и/или газовых градиентов для обеспечения однородности внутри партии | 200–350 °C | < 200 °C |
Загрузка | Загрузка при атмосферном давлении с нагревом перед процессом и циклом охлаждения в течение нескольких часов. | Открытая или ручная загрузка для НИОКР. Шлюзовая камера для изоляции технологического модуля от атмосферы (НИОКР, прототипирование, мелкосерийное производство). Полная автоматизация с обработкой кассетами (кассета–кассета) для крупносерийного производства. | Открытая или ручная загрузка для НИОКР. Шлюзовая камера для изоляции технологического модуля от атмосферы (НИОКР, прототипирование, мелкосерийное производство). Полная автоматизация с обработкой кассетами (кассета–кассета) для крупносерийного производства. |
Зажим пластины | Нет | Нет | Требуется (для гелия с обратной стороны) |
Размер пластин | До 12″ (300 мм) | До 12″ (300 мм); также доступны форматы для плоских панелей | До 12″ (300 мм), но из-за сложностей с равномерностью чаще используются ≤ 8″ (200 мм) |
Обработка партии | Кассеты (до 150 пластин). Трубчатые и плоскостные конструкции. | Наилучшие характеристики – на одной пластине, но для пластин ≤ 4″ часто используется партийная обработка. Размер партии определяется габаритами электродов. | Сложно реализуема из-за необходимости гелия с обратной стороны |
Плазменная конфигурация | Отсутствует | Низкоплотная плазма с параллельными пластинами. Обычно 13,56 МГц. Часто добавляется ~400 кГц. | Высокоплотная плазма ICP. Обычно 2 МГц или 13,56 МГц. |
Смещение на пластине (частота) | Нет | Нет | Да |
Контроль конечной точки | Недоступен | OES для очистки; лазерная интерферометрия или оптическая интерферометрия конечной точки (OEI) для контроля толщины и скорости осаждения в реальном времени. | OES для очистки; лазерная интерферометрия или оптическая интерферометрия конечной точки (OEI) для контроля толщины и скорости осаждения в реальном времени. |
Суммарный расход газов | 200–500 sccm | 1000–3000 sccm | 100–200 sccm |
Режим течения газа | Вязкостный режим. Газ подаётся с торца трубчатой печи, откачка с противоположного конца. Может потребоваться распределённая подача газа. | Вязкостный режим. Распределительная панель (showerhead) для равномерной подачи и распределённые порты откачки для равномерного потока. | Молекулярный режим. Подача газа в верхней части камеры и через газовое кольцо вблизи поверхности пластины. |
Газы | SiH4, SiH2Cl2, TEOS, N2O, O2, NH3. | NH3 для SiNₓ, N2O для оксидов. Концентрация SiH4 от 2% до 100% (2% и 5% распространены по соображениям безопасности). TEOS. | Концентрация SiH4 от 25% до 100%. N2 или NH3 для SiNₓ, O2 или N2O для SiO2. H2 для аморфного кремния. TEOS. |
Насосы | Бустерный насос | Бустерный насос | Турбомолекулярный насос |
Остаточное давление | Обычно ~1×10-² Торр | Обычно ~1×10-² Торр | Обычно ~1×10-⁶ Торр |
Рабочее давление | 200–400 мТорр | 500–5000 мТорр | 5–30 мТорр |
Периодичность обслуживания | Ручная очистка каждые 2–4 мкм осаждённой плёнки. | Плазменная очистка каждые 2–4 мкм осаждения. Скорость очистки 0,1–0,3 мкм/мин. Ручная очистка (~4 часа) каждые ~3–6 месяцев в зависимости от интенсивности использования. | Плазменная очистка каждые 2–4 мкм осаждения. Скорость очистки 0,1–0,3 мкм/мин. Ручная очистка (~4 часа) каждые ~3–6 месяцев в зависимости от интенсивности использования. |
Занимаемая площадь | Вертикальные и горизонтальные исполнения. Зависит от размера пластин и объёма партии. | Зависит от размера пластин и объёма партии. Может варьироваться от настольных до кластерных систем с несколькими камерами. | Обычно 1–2 м² для систем с кассетной загрузкой, кластерных или однопластинных. Зависит от конфигурации. |
Параметр | LPCVD | PECVD | HDPCVD |
Скорость осаждения | SiNₓ: ~2–3 нм/мин SiO2: ~5 нм/мин | SiNₓ: 10–200 нм/мин SiO2: 10–800 нм/мин | SiNₓ: 10–150 нм/мин SiO2: 10–150 нм/мин |
Скорость травления в жидких травителях | Отлично | Хорошо (уменьшается примерно на 75% при добавлении низкой частоты) | Превосходно (при более низких температурах) |
Контроль механических напряжений | SiNₓ: 0 ± 50 МПа в отдельных процессах с тонкой настройкой, но обычно >200 МПа (>1000 МПа при ~750 °C, зависит от температурного режима) SiO2: обычно 0 ± 100 МПа Контроль напряжений от пластины к пластине часто затруднён. | SiNₓ: хороший контроль с помощью нескольких методов, наиболее распространены разбавление гелием и низкая частота (LF). Диапазон: от +300 МПа до –1 ГПа (типично 0 ± 100 МПа). SiO2: ~ –200 МПа ± 200 | SiNₓ: от ~50 МПа до ~2 ГПа SiO2: от 0 до ~ –500 МПа |
Стехиометрия | Отлично | Очень хорошо | Очень хорошо |
Показатель преломления | Отлично | Очень хороший контроль: SiNₓ: 1,90–2,10 SiO2: 1,43–1,49 | Очень хорошо: SiNₓ: 1,90–2,10 SiO2: 1,43–1,49 |
Содержание водорода | Обычно <5% | SiNₓ: ~15–25% SiO2: <5% | SiNₓ: ~5–15% SiO2: <5% |
Равномерность (по пластине) | Отлично для пластин до 12″ (300 мм): <3% при 3σ (исключая край 3 мм) | Отлично для пластин до 12″: <3% при 3σ | Очень хорошо для пластин до 6″ (150 мм): <5% при 3σ |
Напряжение пробоя | SiNₓ: до ~10 МВ/см SiO2: до ~8 МВ/см | SiNₓ: до ~8 МВ/см SiO2: до ~8 МВ/см | SiNₓ: до ~8 МВ/см SiO2: до ~8 МВ/см |
Конформность | Наилучшее | Хорошее | Лучшее |
Заполнение канавок (trench fill) | Очень хорошо (на основе TEOS) | Ограничено (аспектное отношение ≤ ~0,5:1 на основе SiH4) |
Рисунок 4: Скорость травления SiO2 в буферном HF.
Рисунок 5: Скорость травления SiNₓ в буферном HF.
Рисунок 6: Использование низкочастотной (LF) мощности в PECVD для управления механическими напряжениями.
Рисунок 7: Зависимость механических напряжений в плёнке нитрида кремния от коэффициента заполнения LF в PECVD.
Рисунок 8: Управление механическими напряжениями в плёнках SiNₓ, осаждённых методом PECVD, с помощью разбавления гелием.
Рисунок 9: Спектры оптической эмиссии при сравнении плазмы N2 на низкой частоте (LF), плазмы N2 на высокой частоте (HF) и плазмы N2/H2 на высокой частоте (HF). [ссылка 5]
Рисунок 10: Пример зависимости механических напряжений в SiO2, осаждённом методом HDPCVD, от мощности смещения.
Рисунок 11: Связывание водорода и сильная зависимость включения H в SiNₓ от температуры осаждения.
Рисунок 12: Сравнение FTIR-спектров плёнок SiNₓ, осаждённых методами PECVD и HDPCVD.
Рисунок 13: FTIR-спектры SiO2, осаждённого методом PECVD, в зависимости от температуры.
Рисунок 14: Осаждение SiNₓ методом PECVD на структурах с различными аспектными отношениями, приводящее к образованию пустоты.