Laskeuma High Quality Films käyttäminen induktiivisesti kytkettyjä plasma - Kemiallinen kaasufaasipinnoitus (ICP-CVD) Oxford Instruments Plasma Technology

Aiheet

Laskeuma High Quality Films käyttäminen ICP-CVD

Monenlaisia ​​eristävät ohutkalvojen käytetään nykyaikaisia ​​VLSI piirit tarjoavat Potentiaalierotus välillä suorittaa alueiden laitetta, ja kun lopullinen rajaaminen Passivointikerros. Piidioksidi, piinitridin ja oxynitrides käytetään laajalti. Erilaiset laskeuma menetelmiä ovat käytettävissä riippuvaisia ​​laskeuman lämpötilasta.

Ilmanpaine CVD ja matalapaine CVD menetelmät vaativat tyypillisesti korkeat lämpötilat alueella> 400 ° C kun taas käyttö plasma-CVD PECVD) vaatii tyypillisesti laskeuman lämpötila <400 ° C.

Huomattavaa kiinnostusta on kohdistettu kyky tallettaa suuri eristekalvojen vielä alhaisempaan lämpötiloissa (<150 ° C), erityisesti lämpötilan herkkien laitteiden kuten orgaaninen LED. Käyttämällä ICP-CVD tekniikalla, Oxford Instruments on kehittänyt kaasufaasipinnoitusmenetelmällä jossa laadukkaita elokuvia voidaan talletetaan tiheän plasma, alhainen laskeuman paineessa ja lämpötilassa.

High Density Plasma lähteet Oxford Instruments

Alhainen lämpötila laskeumat ovat tyypillisesti saavutetaan käyttämällä plasma, jossa kaasut reagoivat hehkun vastuuvapauden. Tämä vastuuvapauden ionizes kaasut, luoda aktiivinen lajeja, jotka reagoivat kiekkojen pinnalla. Yleisin tapa on rinnakkainen levy reaktori, jossa näyte istuu maadoitettua pohjassa elektrodi ja radiotaajuus jännite alkuun elektrodi. Tämä luo hehkua vastuuvapauden kahden levyjen ja kaasut virtaavat säteittäisesti läpi vastuuvapauden. Tyypillisesti pohja elektrodi kuumennetaan 100-400 ° C ja tämä menetelmä on yleensä tarkoitettu plasma-CVD (PECVD). Kuitenkin jotta tallettaa HD elokuvia eristekalvojen vielä alhaisempaan lämpötiloissa (<100 ° C) OIPT ovat kehittäneet korkea-tiheys-plasma (HDP) lähde, jossa plasma elektronit ovat innoissaan suuntaan rinnakkain jaoston rajoja.

HDP lähteenä on induktiivisesti kytketty plasma (ICP) kammio, jossa plasma ohjaa magneettinen potentiaali perustettu coil haavan ulkopuolelle eriste seinät (tyypillinen design ks. kuva 1). Suuntaan elektroni virtaa päinvastainen kuin kelan virtaukset, jotka ovat suunnittelun rinnalla jaoston pintoja. Kun plasma on innoissaan tällä tavalla käyttöpaine voidaan myöhemmin laskea. Alaraja paine on tyypillisesti sanelee tehokkuutta erityisesti lähde. Useimmissa materiaalien prosessoinnissa plasmat elektroni lämmitys on pääasiassa resistiivinen, ja impedanssi plasma vaa'alle tiheys neutraaleja käytettävissä joustamatonta törmäyksiä. Koska impedanssi (paine) laskee niin on kyky lähde ajamaan plasma.

Kuva 1. OIPT ICP-CVD-järjestelmä

Lisäjärjestelmätuen Ominaisuudet Plasma Deposition

Plasman laskeumat on muita järjestelmän ominaisuuksia: -

• Induktiivisesti kytkettyjä kela on kytketty 13,56 MHz, 3.0kW RF generaattori kautta Matching yksikkö.
• ICP kela tehonsäätövipuja dissosiaatiota plasma ja tiheys tapaus ionit istuntosalista.
• Alempi elektrodi on erikseen virtansa toinen 13,56 MHz 300W generaattori, joka mahdollistaa itsenäisen valvonnan bias jännitteen, eli energia-ioneja on näyte.
• Jotta voitaisiin vähentää plasman aiheuttamaa vahinkoa aikana pinnoitusprosesseilla ja stressin tason talletettu elokuvia, ICP-CVD -järjestelmä on toiminut puhtaasti "ICP" mode soveltamalla RF-teho (100 2000W) vain ICP kela, mutta ei RF-teho on alempi elektrodi.
• Helium paine on sovellettu taakse kiekkoja tarjota hyvä lämpökosketus välillä Chuck ja kiekkojen.
• Järjestelmä on tarkka valvonta alustan lämpötila -150 ° C +400 ° C käyttämällä sähkölämmitin ja nestemäistä typpeä. Tämä laaja lämpötila-alue on tärkeä Advanced plasma pinnoitusprosesseilla eri materiaalipintoja.
• Pure silaani (100% SiH ₄₎ tuodaan laskeuman kammion kautta kaasun jakelu rengas. Muita kaasuja, kuten N ₂ ja N ₂ O tuodaan ICP lähde jaosto
• Automaattinen paineen säädin (APC) käytetään paineen (2 20mTorr).

ICP-CVD Systems Oxford Instruments

Yhteenveto ICP-CVD järjestelmäkokoonpanoissa ovat taulukossa 1 alla:

Taulukko 1. ICP-CVD Työkalut Oxford Instruments

Laskeuma materiaaleja käyttäen ICP-CVD

ICP-CVD voidaan tallettaa useita materiaaleja esim. SiO _2, sin _x, SiO _x N _y,-Si ja SIC. Tässä artikkelissa keskitymme pääasiassa kyky tallettaa laadukkaita SiO ₂ ja Sin elokuvia alustan lämpötila jopa 20 ° C. Vuonna ICP-CVD jaosto piidioksidia elokuvat ovat tallettaneet reagoivat silaani joka ujutetaan kaasun jakelu rengas ja typpioksiduuli joka ujutetaan ICP lähde. Lisäksi piinitridin elokuvat talletetaan käyttäen silaani joka ujutetaan kaasun jakelu rengas ja typpi joka ujutetaan lähde. Vaihtoehtoisesti ammoniakki voidaan myös tallettaa piinitridin mutta Typen käyttö johtaa korkeampaan laatuun elokuva jotka kuvataan tarkemmin myöhemmin.

Tyypillisiä prosessiparametreja joita käsitellään tässä ovat tuottoarvo kalvonpaksuus yhdenmukaisuus, taitekerroin, elokuva stressi, märkä etch hinnat, ja erittely jännite.

Tyypillisiä laskeuma ICP-CVD

Perinteisesti ICP-CVD prosessit on alhaisempi laskeuma kuin PECVD elokuvia. Tyypillisiä laskeuma hinnat piioksidia ja piinitridin ovat> 8nm/min mutta korkeampia laskeuma ovat nyt mahdollisia, joissa tuloksia voidaan nähdä seuraavassa osassa. Vastaavalla tavalla perinteisiin rinnakkain lautaselle laskeuma menetelmiä monta prosessia parametreja voidaan säätää, jotta voidaan valvoa prosessia. Kuva 2 ja 3 alla osoittaa tyypillistä laskeuman korkokehitys eri prosessiparametrien.

Kuva 2.. Vaikutus ICP teho, paine ja silaani virtaus ICP-CVD sin _x sulatusnopeutta

Kuva 3. Vaikutus ICP teho, paine ja silaani virtaus ICP-CVD SiO ₂ sulatusnopeutta

Taitekerroin ICP-CVD talletetaan Films

Taitekerroin voidaan ohjata eri suhde Si: N piinitridin laskeuman tai Si: O piioksidia laskeuma. Piinitridin elokuvat ovat tyypillisiä taitekerroin on 2,00 (at 633nm) Vaikka tämä arvo voidaan säätää vaihtelemalla silaani ja typpi virtaa. Piidioksidi elokuvat ovat tyypillisiä taitekerroin 1,46. RI-arvo voidaan säätää vaihtelemalla silaani ja typpioksiduuli virtaa. Molemmissa elokuvissa korkeampi taitekerroin arvo tarkoittaa tavallisesti piin rikas elokuva. Kuva 4 ja 5 käy ilmi, suhteita taitekerroin eri kaasujen virtauksen suhde.

Kuva 4. Vaihtelu taitekerroin kanssa SiH _4: N ₂ kaasu-suhde

Kuva 5. Vaihtelu taitekerroin kanssa SiH _4: N ₂ O kaasua suhde

ICP-CVD ja Film Stressi

Joissakin sovelluksissa, kuten MEMS kyky hallita elokuva stressi on erittäin tärkeää. Elokuva stressi on yleensä lasketaan mittaamalla kaarevuus muutos pre-ja post-laskeuma-elokuvan. Tämä ero kaarevuus seurauksena elokuva laskeuman avulla lasketaan stressiä Poiketen Stoney yhtälö, joka liittyy kaksiakselinen elastisuuden substraatin paksuus elokuva ja alustan, ja säde curvatures esi-ja jälkikäsitellä.

Vuonna ICP-CVD piinitridin ja piioksidia laskeumat elokuva stressiä voidaan hallita muuttamalla eri parametreja. Prosessin paine on suurin vaikutus piinitridin elokuva stressiä ja on esitetty kuvassa 6a alla. Lisäämällä prosessin paine elokuva stressiä voidaan ohjata puristus ja veto. Kuva 6a osoittaa myös, että hyvin pieni stressi saadaan hienosäätöä prosessipaine.

ICP-CVD piioksidia elokuvia tyypillisesti puristusjännitys. Elokuva stressi voi säätää muuttamalla parametrien yhdistelmä lukien SiH _4: N _2-suhde, lämpötila ja RF-teho. Luvut 6b ja 6c esitetään vaikutus SiH _4: N ₂ O kaasu-suhde ja lämpötila elokuva stressiä. Alhainen puristus elokuva stressi saadaan lisäämällä SiH _4: N ₂ O kaasu-suhde ja vähentämällä laskeuman lämpötila.

Kuva 6a. Vaihtelu sin _x elokuva stressi prosessin paine

Kuva 6b. Vaihtelu SiO ₂ kalvo stressiä lämpötilan

Kuva 6c. Vaihtelu SiO2 elokuva stressi SiH _4: N ₂ O kaasua suhde

ICP-CVD ja elokuvien katselun

Laatu elokuva on helpoimmin ilmi märkä etsaus, normaalisti toteutettu puskuroituja oksidi etchants (BOE), jotka ovat yleensä sekoituksia 49% fluorivetyhappoa (HF) ja 40% ammonium fluoria (NH ₄ F) eri ennalta tunnusluvut. Tyypillisesti BOE puskuroitu oksidi etchants käytetään etch ikkuna aukot piidioksidi kerroksittain. Ensisijainen sovellus on etsaus lämpö oksidi kerroksia IC tuotannossa. Etch määrä elokuva vesipitoinen NH4F/HF ratkaisuja, tai ilman pinta lisäaineita, riippuu kolme pääasiallista tekijää: NH ₄ F-alue, etsaus lämpötila, ja erityisiä HF sisältöä. Standard BOE etchants (40% NH ₄ F / 49% HF seokset) sisältävät yli 30% NH ₄ F, alue jossa HF sisältö on ensisijainen vaikutus etch korko.

Kun testaus märkä etch verokannoista elokuvan sen yleensä hyvä käytäntö mitata etsaus Hinta perustuu lämpö oksidikerroksen viitteenä. Pieni etsaus korko elokuva ilmaisee yleensä korkea tiheys elokuva. Kuvat 7 ja 8 nähdään märkä etch korko tiedot sin _x ja SiO ₂ talletetaan käyttäen sekä ICP-CVD ja tavanomaisten PECVD. Tiedot osoittavat, että elokuvat talletetaan alhaisessa lämpötilassa käyttäen ICP-CVD antaa vertailukelpoista elokuva prosessin suorituskykyä elokuvat talletetaan käyttäen korkean lämpötilan perinteisiä rinnakkain levy PECVD 300 ° C.

Kuva 7. Vaihtelu sin _x märkä Etch korko kontaktigeelillä lämpötila

Kuva 8. Vaihtelu SiO ₂ märkä etch korko kontaktigeelillä lämpötila

Mikä on läpilyöntijännite?

Läpilyöntijännite mitataan yleensä soveltamalla ramped jännite eristävänä elokuva. Elokuva on yleensä talletettu johtava Jalustan (joko doped Si vohveli, tai metallinen kerros) yhdessä metallikerroksella talletettu päälle talletettu elokuva. Metallikerroksen on yleensä kuvioituja joko varjo peittää tai lift-off muodostaa pienen testi tyynyt (tyypillisesti <<1x1mm). Ottaa yhteyttä niin pienet tyynyt kiekkojen koetin asema ei yleensä tarvita. Al / Si metallikerrosta ovat yleisiä, mutta muita metalleja voidaan käyttää. On tärkeää, että rajapinnat ovat tasainen ja sileä, eli ei kumpareet tai kuoppia taustalla metalli, eikä hiukkasia pinnalla tai elokuva, muuten läpilyöntijännite vähenee merkittävästi (metalli kaasufaasipinnoitusmenetelmällä saattavat tarvita optimointi jos asiakkaalla ei ole tätä perustamiseen tavallisena testi jo). Tämä on yksi syy ottaa niin pieni testi pad halkaisija koska on mahdollista minimoida mahdollisuudet ottaa hiukkasen omassa mittaus alueella. Jännite on sitten käynnistyvän kunnes korkea nykyinen huippu on havaittu (eli erittelyä elokuva). Vaadittava jännite riippuu kalvon paksuudesta (esim. 6MV/cm = 120Volts poikki 2000a paksukalvotiivisteen).

Lisääntynyt läpilyöntijännite ICP-CVD talletetaan Films

Vuonna ICP-CVD elokuva laskeumat sähköisten ominaisuuksien sin _x talletettu alhaisissa lämpötiloissa (~ RT) ovat osoittaneet jakautuminen sähkökenttiä yli 3x10 ⁶ VCM ^-1 alhainen vuotovirtojen [1,2]. Taulukossa 2 esitetään vaikutus lämpötilan jakautuminen jännite ICP-CVD sin _x talletettu elokuvia.

Taulukko 2. ICP-CVD sin _x tyypillinen jakautuminen jännitearvot

Kuva 9. Vaihtelu virrantiheys kanssa sähkökentän ICP-CVD SiO ₂ elokuva talletetaan 120 ° C. Tulokset osoittavat läpilyöntijännite ~> 8MV/cm.

Vaihe kattavuus ICP-CVD talletetaan Films

Lisäksi ICP-CVD SiO ₂ osoittaa myös korkea läpilyöntijännite kun talletetaan alhaisissa lämpötiloissa. Kuvassa 9 jakautuminen sähkö aloilla> 8MV/cm kun SiO ₂ elokuva oli talletettu 150 ° C. Vertailun tyypillinen SiO ₂ kalvo talletettu PECVD 300 ° C johtaa sähkö jakautuminen sähkökenttiä välillä> 5-6MV/cm.

Askel kattavuus on suhde kalvonpaksuus pitkin seiniä askel paksuus elokuvan alareunassa askel. Tämä on tarkoitettu S / T ja / tai S / B luku (10) alla. Sillä conformal kattavuus suhde S / T ja / tai S / B on 1. Tyypillisesti hyvä askel kattavuus saavutetaan käyttämällä korkeita lämpötiloja (> 300 ° C) On kuitenkin mahdollista saavuttaa erinomainen askel kattavuus alhaisessa lämpötilassa käyttäen ICP-CVD . Kuva (10) käy ilmi, ICP-CVD sin _x elokuva kattavuus kun talletettu 20 ° C. Lisäksi askel kattavuus riippuu myös askel korkeus ja leveys.

Kuva 10a. Määritelmä askel kattavuus

Kuvio 10b. SEM kuvia läpileikkauksen 50 nm ICP-CVD Sin talletetaan 22 ° C 150 nm metalli hyvällä askeleella kattavuus.

Lähde: "induktiivisesti kytkettyjä plasma CVD (ICP-CVD)" by Oxford Instruments Plasma Technology .

Lisätietoja tästä lähde osoitteessa Oxford Instruments Plasma Technology .