Absetzung von Filmen der Hohen Qualität Unter Verwendung des Induktiv Verbundenen Plasmas - Chemischer Dampf-Absetzung (ICP-CVD) durch Oxford-Instrument-Plasma-Technologie

Themen Umfaßt

Absetzung von Filmen der Hohen Qualität Unter Verwendung ICP-CVD
Plasma-Quellen mit hoher Schreibdichte von Oxford-Instrumenten
Zusätzliche Anlagen-Merkmale für Plasma-Absetzung
ICP-CVD Anlagen von Oxford-Instrumenten
Absetzung von Materialien Unter Verwendung ICP-CVD
Typische Absetzungs-Kinetik von ICP-CVD
Brechungskoeffizient von ICP-CVD Abgegebenen Filmen
ICP-CVD und Film-Druck
ICP-CVD und Film-Qualität
Was ist Durchbruchsspannung?
Erhöhte Durchbruchsspannung von ICP-CVD Abgegebenen Filmen
Schritt Dichte von ICP-CVD Abgegebenen Filmen

Absetzung von Filmen der Hohen Qualität Unter Verwendung ICP-CVD

Eine große Auswahl des Isolierens von Dünnfilmen werden in modernen VLSI-Schaltungen verwendet, die elektrische Isolierung zwischen Leitregionen innerhalb einer Einheit und als abschließenden mit einer Kappe bedeckenden Passivierungsschicht bereitstellen. Siliciumdioxid, Silikonnitrid und Oxynitrides sind weit verbreitet. Verschiedene Absetzungsmethoden sind erhältliches Abhängiges auf Absetzungstemperatur.

Methoden der Absetzung des chemischen Dampfes des Atmosphärendrucks und der Niederdruckchemikaliendampfabsetzung benötigen gewöhnlich hohe Temperaturen in der Region vom °C >400, während der Gebrauch von Plasma erhöhter Absetzung des chemischen Dampfes PECVD) gewöhnlich Absetzungstemperaturen von <400 °C. benötigt.

Beträchtliche Zinsen sind auf die Fähigkeit, mit hoher Schreibdichte sogar bei den niedrigeren Temperaturen (°C) <150 gerichtet worden abzugeben dielektrische Filme, besonders in den temperaturempfindlichen Einheiten wie organischer LED. Indem sie die ICP-CVD Technik verwendeten, haben Oxford-Instrumente einen Absetzungsprozeß entwickelt, in dem Filme der hohen Qualität bei Plasma mit hoher Schreibdichte, niedrigem Absetzungsdruck und Temperaturen abgegeben werden können.

Plasma-Quellen mit hoher Schreibdichte von Oxford-Instrumenten

Absetzungen der Niedrigen Temperatur werden gewöhnlich erzielt, indem man Plasma verwendet, in dem die Gase in einem Glimm reagieren. Diese Einleitung ionisiert die Gase und erstellt aktive Spezies, die an der Waferoberfläche reagieren. Die geläufigste Methode ist ein paralleler Plattenreaktor, in dem die Probe auf einer geerdeten Grundelektrode sitzt und Hochfrequenzspannung auf die Spitzenelektrode zugetroffen wird. Dieses erstellt ein Glimm zwischen den zwei Platten und den Gasen fließen Sie radial durch die Einleitung. Gewöhnlich wird die Grundelektrode zu 100-400°C geheizt und diese Methode ist normalerweise angesprochene Plasma erhöhte Absetzung des chemischen Dampfes (PECVD). Zwecks dielektrische Filme Filme sogar bei den niedrigeren Temperaturen Jedoch abgeben der mit hoher Schreibdichte (<100°C) haben OIPT eine Hoch-Dichteplasma Quelle (HDP) entwickelt, in der die Plasmaelektronen in einer Richtung erregt werden, die zu den Kammergrenzen parallel ist.

Die verwendete HDP-Quelle ist die induktiv verbundene Plasma (ICP)kammer, in der das Plasma durch eine magnetische mögliche Installation durch eine Ringwunde außerhalb der dielektrischen Wände getrieben wird (typische Auslegung sehen Abbildung 1). Die Richtung des Elektronenstroms ist gegenüber der des Ringstroms, die mit Absicht Ähnlichkeit zu den Kammeroberflächen sind. Wenn das Plasma auf diese Art erregt wird, kann der Betriebsdruck nachfolgend gesenkt werden. Die unterere Grenze auf den Druck wird gewöhnlich durch die Leistungsfähigkeit der bestimmten Quelle vorgeschrieben. In den meisten Werkstoffverarbeitungsplasmenn ist die Elektronheizung Haupt- widerstrebend, und der Widerstand des Plasmas stuft mit der Dichte von den neutralen Personen ein, die für unelastische Stöße erhältlich sind. Während der Widerstand (Druck) gesenkt wird, also die Fähigkeit der Quelle ist, das Plasma zu treiben.

Abbildung 1. Anlage OIPT ICP-CVD

Zusätzliche Anlagen-Merkmale für Plasma-Absetzung

Für Plasmaabsetzungen gibt es zusätzliche Anlagenmerkmale: -

ICP-CVD Anlagen von Oxford-Instrumenten

Eine Zusammenfassung der ICP-CVD Anlagenkonfigurationen werden in der untengenannten Tabelle 1 gezeigt:

Tabelle 1. ICP-CVD Hilfsmittel von Oxford-Instrumenten

Merkmal Anlage 80Plus System100 System100 System133
ICP ICP65 ICP-CVD180 ICP-CVD380 ICP-CVD380
Elektrodengröße 240mm 240mm 240mm Bis 330mm
Belasten Open sperrte Belastung gesperrt Belastung gesperrt Belastung gesperrt
Substratflächen 50mm Wafers 150mm mit den Transportunternehmeroptionen erhältlich für MultiWafers oder Stückchen 150mm mit den Transportunternehmeroptionen erhältlich für MultiWafers oder Stückchen Bis 300mm mit den Transportunternehmeroptionen erhältlich für MultiWafers oder Stückchen
Dopante Nein Verschiedene Dopante erhältlich, die PH3, B2H6, GeH4 enthalten Verschiedene Dopante erhältlich, die PH3, B2H6, GeH4 enthalten Verschiedene Dopante erhältlich, die PH3, B2H6, GeH4 enthalten
Flüssige Vorläufer Nein Nein Nein Nein
Esteuerte Gasrohrleitungen KRAFTSTOFFREGLERS 8 oder 12 Zeile Gaskasten erhältlich 8 oder 12 Zeile Gaskasten erhältlich 8 oder 12 Zeile Gaskasten erhältlich 8 oder 12 Zeile Gaskasten erhältlich
Typische Waferstufen-Temperaturspanne 20°C zu 400°C 0°C zu 400°C 0°C zu 400°C 0°C zu 400°C
In-situplasma sauber Ja Ja Ja Ja

Absetzung von Materialien Unter Verwendung ICP-CVD

ICP-CVD kann verwendet werden, um einige Materialien z.B. SiO, Sünde,2 SiO Nx, EinSix abzugebeny und Sic. In diesem Papier konzentrieren uns wir hauptsächlich auf die Fähigkeit, hohe Qualität SiO und Sünden2 filme bei der Substratflächentemperatur wie 20°C. so niedrig abzugeben. In einer ICP-CVD Kammer werden die Siliciumdioxidfilme abgegeben, indem man Siliziumwasserstoff reagiert, der durch den Ring und das Stickstoff-Monoxid der Gasverteilung eingeführt wird, das durch die ICP-Quelle eingeführt wird. Zusätzlich werden Silikonnitridfilme unter Verwendung des Siliziumwasserstoffs abgegeben, der durch den Gasverteilungsring und -stickstoff eingeführt wird, der durch die Quelle eingeführt wird. Wechselweise kann Ammoniak auch verwendet werden, um Silikonnitrid aber den Gebrauch von Stickstoffergebnissen in einem hochwertigeren Film abzugeben, der ausführlicher später erklärt wird.

Typische Prozessparameter, die hier behandelt werden, umfassen Absetzungskinetik, Dickeneinheitlichkeit, Brechungskoeffizienten, Filmdruck, nasse Ätzungskinetik und Durchbruchsspannung.

Typische Absetzungs-Kinetik von ICP-CVD

Traditionsgemäß bereitet ICP-CVD Ergebnisse in den niedrigeren Absetzungskinetik als PECVD-Filme auf. Typische Absetzungskinetik für Siliziumoxid- und Silikonnitrid sind >8nm/min, aber höhere Absetzungskinetik sind jetzt möglich in, welchen Ergebnissen im nächsten Abschnitt gesehen werden können. Auf eine ähnliche Art zu den herkömmlichen parallelen Plattenabsetzungsmethoden können viele Prozessparameter eingestellt werden, um den Prozess zu steuern. Abbildung 2 und 3 unterhalb Absetzungskinetiktendenzen der Show der typischen mit verschiedenen Prozessparametern.

Abbildung 2. Effekt von ICP-Leistung, Druck und Siliziumwasserstoff fließen auf ICP-CVD Sünden-x Absetzungskinetik

Abbildung 3. Effekt von ICP-Leistung, Druck und Siliziumwasserstoff fließen auf ICP-CVD SiO2 Absetzungskinetik

Brechungskoeffizient von ICP-CVD Abgegebenen Filmen

Der Brechungskoeffizient kann gesteuert werden, indem man das Verhältnis des Si sich unterscheidet: N für Silikonnitrid Absetzung oder Si: O für die Siliziumoxidabsetzung. Silikonnitridfilme haben typischen Brechungskoeffizienten von 2,00 (an 633nm) obgleich dieser Wert durch den Unterschied der Siliziumwasserstoff- und Stickstoffflüsse eingestellt werden kann. Siliciumdioxidfilme haben typischen Brechungskoeffizienten von 1,46. Der RI-Wert kann durch den Unterschied des Siliziumwasserstoffs eingestellt werden und Stickstoff-Monoxid fließt. In beiden Filmen zeigt ein höherer Brechungskoeffizient-Wert normalerweise einen Silikonreichfilm an. Abbildung 4 und 5 zeigen unten die Verhältnisse von Brechungskoeffizienten mit verschiedenen Gasflussverhältnissen.

Abbildung 4. Variante von Brechungskoeffizienten mit SiH4: N-2 Gasverhältnis

Abbildung 5. Variante von Brechungskoeffizienten mit SiH4: KEIN2 Gasverhältnis

ICP-CVD und Film-Druck

In einigen Anwendungen wie MEMS ist die Fähigkeit, Filmdruck zu steuern sehr wichtig. Filmdruck wird normalerweise berechnet, indem man die vor- Biegungsänderung und Nachabsetzung des Filmes misst. Dieser Unterschied bezüglich der Biegung infolge der Filmabsetzung wird verwendet, um Druck über Stoneys Gleichung, die den zweiachsigen Modul der Substratfläche, Stärke des Filmes und Substratfläche in Verbindung steht, und den Radius von Biegungen von vor- zu berechnen und nachbearbeitet.

In den ICP-CVD Silikonnitrid- und -Siliziumoxidabsetzungen kann der Filmdruck gesteuert werden, indem man verschiedene Parameter ändert. Prozessdruck hat den größten Einfluss auf den Silikonnitrid-Filmdruck und wird in der Abbildung 6a unten gezeigt. Indem er den Prozessdruck erhöht, kann der Filmdruck von zusammenpressendem zu dehnbarem esteuert sein. Abbildung 6a zeigt auch, dass sehr niedriger Druck erreicht werden kann, indem man den Prozessdruck einstellt.

ICP-CVD Siliziumoxidfilme zeigen gewöhnlich Druckspannung. Der Filmdruck kann durch das Ändern einer Kombination von Parametern einschließlich SiH eingestellt werden4: N-2 Verhältnis, Temperatur und HF-Leistung. Abbildungen folgendes 6b und 6c zeigt den Effekt von SiH4: KEIN2 Gasverhältnis und -temperatur mit Filmdruck. Niedriger zusammenpressender Filmdruck kann erreicht werden, indem man das SiH erhöht4: KEIN2 Gasverhältnis und Verringerung der Absetzungstemperatur.

Abbildung 6a. Variante des Sündenx filmdruckes mit Prozessdruck

Abbildung 6b. Variante des SiO-2 Filmdruckes mit Temperatur

Abbildung 6c. Variante des Druckes des Filmes SiO2 mit SiH4: KEIN2 Gasverhältnis

ICP-CVD und Film-Qualität

Qualität des Filmes wird am betriebsbereitesten durch die nasse Radierung gezeigt, normalerweise durchgeführt mit gepufferten Oxid etchants, (BOE) welche gewöhnlich Mischungen des Fluorids 49% Fluorwasserstoffsäure (HF) und 40% Ammoniums (NHF)4 in den verschiedenen vorbestimmten Verhältnissen sind. Gewöhnlich werden BOE gepufferte Oxid etchants verwendet, um Fensteröffnungen in den Siliciumdioxidschichten zu ätzen. Die Hauptanwendung ist die Radierung von thermischen Oxidschichten in IS-Produktion. Die Ätzungskinetik des Filmes durch wässrige NH4F-/HFlösungen, mit oder ohne Tensidzusätze, hängt von drei Hauptfaktoren ab: NHF-4Reichweite, Temperatur und spezifischen HF-Inhalt ätzend. Standard-BOE-etchants (40% NHF/449% HF-Mischungen) enthalten über 30% NHF4, eine Reichweite, wo der HF-Inhalt Haupteinfluß auf Ätzungskinetik hat.

Wenn sie nasse Ätzungskinetik des Filmes prüft, überlagert seine normalerweise gute Praxis, die Radierungskinetik zu messen, die auf einem thermischen Oxid basiert, als Bezug. Ein niedriger Radierungskinetikfilm zeigt normalerweise einen Film mit hoher Schreibdichte an. Shows der Abbildungen 7 und 8 machten die Ätzungskinetikdaten der Sündex und des SiO2 abgegeben unter Verwendung ICP-CVD und herkömmlichen PECVD nass. Die Daten zeigen, dass die Filme, die bei der niedrigen Temperatur unter Verwendung ICP-CVD abgegeben werden, vergleichbare Filmprozessleistung mit den Filmen gibt, die unter Verwendung der herkömmlichen parallelen Platte PECVD der hohen Temperatur bei 300 °C. abgegeben werden.

Abbildung 7. Variante Sünden-x der nassen Ätzungskinetik mit Elektrodentemperatur

Abbildung 8. Variante der nassen2 Ätzungskinetik SiO mit Elektrodentemperatur

Was ist Durchbruchsspannung?

Die Durchbruchsspannung wird normalerweise gemessen, indem man eine ramped Spannung über dem dielektrischen Film anwendet. Der Film wird normalerweise auf einer leitfähigen unteren Schicht (entweder ein lackierter Siwafer oder eine Metallschicht) zusammen mit einer Metallschicht abgegeben, die oben auf den abgegebenen Film abgegeben wird. Die Metallschicht wird normalerweise entweder durch eine Lochmaske oder durch Start kopiert, um kleine Prüfungsauflagen (gewöhnlich <<1x1mm) zu bilden. Um zu solchen kleinen Auflagen in Kontakt zu bringen wird eine Waferfühlerstation normalerweise gefordert. Al-/Simetallschichten sind- geläufig, aber andere Metalle konnten verwendet werden. Es ist, dass die Schnittstellen flach sind und glatt machen, d.h. keine kleinen Hügel oder Stöße auf dem zugrunde liegenden Metall und keine Partikel auf der Oberfläche oder im Film wichtig, andernfalls wird die Durchbruchsspannung beträchtlich verringert (der Metallabsetzungsprozeß möglicherweise benötigt etwas Optimierung, wenn der Abnehmer diese Installation nicht als Standardprüfung bereits hat). Dieses ist ein Grund für Haben als kleines eines Prüfungsauflagendurchmessers, da es möglich ist, die Möglichkeiten des Habens eines Partikels innerhalb Ihres Maßbereiches herabzusetzen. Die Spannung wird dann aufgestockt, bis eine hohe aktuelle Spitze beobachtet ist (d.h. Zusammenbruch des Filmes). Die benötigte Spannung hängt von der Dicke ab (z.B. 6MV/cm = 120Volts über einem Dickfilm 2000Å).

Erhöhte Durchbruchsspannung von ICP-CVD Abgegebenen Filmen

In den ICP-CVD Filmabsetzungen haben die elektrischen Eigenschaftenx der Sünde abgegeben bei den niedrigen Temperaturen (~RT) Zusammenbruch elektrische Bereiche von mehr als 3x10 Vcm6 mit-1 niedrigem Leckagestrom [1,2] gezeigt. Untengenannte Shows der Tabelle 2 der Effekt der Temperatur auf die Durchbruchsspannung von ICP-CVD Sündex gaben Filme ab.

Tabelle 2. ICP-CVD Durchbruchsspannungsx werte Sünde typische

Temperatur ºC Durchbruchsspannung ICP-CVD MV/cm Durchbruchsspannung PECVD MV/cm
20 > 3 -
150 > 7 > 3
200 - > 4
300 - > 5

Abbildung 9. Variante der Stromdichte mit elektrischem Bereich für ICP-CVD SiO2 Film abgegebenes 120°C. Die Ergebnisshow-Durchbruchsspannung ~>8MV/cm.

Schritt Dichte von ICP-CVD Abgegebenen Filmen

Darüber hinaus zeigt ICP-CVD2 SiO auch hohe Durchbruchsspannung, wenn es bei den niedrigen Temperaturen abgegeben wird. Abbildung 9 zeigt dem Zusammenbruch elektrische Bereiche von >8MV/cm, als der SiO-2 Film an 150°C. abgegeben wurde. Im Vergleich ergibt ein typischer2 SiO-Film, der durch PECVD an 300°C abgegeben wird, elektrische Bereiche eines elektrischen Zusammenbruches im Bereich von >5-6MV/cm.

Die Schrittdichte ist das Verhältnis der Dicke entlang den Wänden eines Schrittes zur Stärke des Filmes an der Unterseite des Schrittes. Dieses ist angesprochenes S/T und/oder S/B in der untengenannten Abbildung (10). Für konforme Dichte ist das Verhältnis von S/T und/oder von S/B 1. Gewöhnlich gute Schrittdichte wird erzielt, indem man hohe Temperaturen verwendet (>300°C) jedoch ist es möglich, ausgezeichnete Schrittdichte bei der niedrigen Temperatur unter Verwendung ICP-CVD zu erzielen. Abbildung (10) untengenannte die Shows ICP-CVD Sünden-x Filmdichte, wenn sie an 20°C. Darüber hinaus die Schrittdichte abgegeben wird, hängt auch von der Schritthöhe und -breite ab.

Abbildung 10a. Definition der Schrittdichte

Abbildung 10b. SEM-Bilder des Querschnitts von 50 Sünde nm ICP-CVD abgegeben an 22°C auf 150 nm dem Metall mit guter Schrittdichte.

 

Quelle: „Verband Induktiv Absetzung des chemischen Dampfes des Plasmas (ICP-CVD)“ durch Oxford-Instrument-Plasma-Technologie.

Zu mehr Information über diese Quelle besuchen Sie bitte Oxford-Instrument-Plasma-Technologie.

Date Added: Nov 23, 2010 | Updated: Sep 24, 2013

Last Update: 24. September 2013 07:09

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