Depósito dos Filmes De Alta Qualidade Usando o Plasma Indutiva Acoplado - Depósito de Vapor Químico (ICP-CVD) pela Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford

Assuntos Cobertos

Depósito dos Filmes De Alta Qualidade Usando ICP-CVD
Fontes high-density do Plasma dos Instrumentos de Oxford
Características de Sistema Adicionais para o Depósito do Plasma
Sistemas de ICP-CVD dos Instrumentos de Oxford
Depósito dos Materiais Usando ICP-CVD
Taxas de Depósito Típicas de ICP-CVD
R.I. de Filmes Depositados ICP-CVD
ICP-CVD e Esforço do Filme
ICP-CVD e Qualidade do Filme
Que é Tensão de Divisão?
Tensão de Divisão Aumentada de Filmes Depositados ICP-CVD
Cobertura da Etapa de Filmes Depositados ICP-CVD

Depósito dos Filmes De Alta Qualidade Usando ICP-CVD

Uma vasta gama de isolar filmes finos é usada nos circuitos modernos do VLSI que fornecem o isolamento elétrico entre regiões de condução dentro de um dispositivo, e como uma camada tampando final do passivation. O dióxido de Silicone, o nitreto de silicone e os oxynitrides são amplamente utilizados. Os Vários métodos do depósito são dependente disponível na temperatura do depósito.

Os métodos do depósito de vapor do produto químico da pressão Atmosférica e do depósito de vapor do produto químico da baixa pressão exigem tipicamente altas temperaturas na região do °C >400 visto que o uso do depósito de vapor químico aumentado plasma PECVD) exige tipicamente temperaturas do depósito de <400 °C.

O interesse Considerável foi dirigido para a capacidade para depositar filmes dieléctricos high-density mesmo em umas mais baixas temperaturas (°C) <150, especialmente em dispositivos sensíveis à temperatura tais como o Diodo emissor de luz orgânico. Usando a técnica de ICP-CVD, os Instrumentos de Oxford desenvolveram um processo do depósito em que os filmes de alta qualidade podem ser depositados com plasma high-density, baixas pressões do depósito e temperaturas.

Fontes high-density do Plasma dos Instrumentos de Oxford

Os depósitos da Baixa temperatura são conseguidos tipicamente usando o plasma em que os gáss reagem em uma descarga de fulgor. Esta descarga ioniza os gáss, criando as espécies activas que reagem na superfície da bolacha. O método o mais comum é um reactor paralelo da placa em que a amostra se senta em um eléctrodo inferior aterrado e tensão da radiofrequência é aplicada ao eléctrodo superior. Isto cria uma descarga de fulgor entre as duas placas e os gáss passe radial pela descarga. Tipicamente o eléctrodo inferior é caloroso a 100-400°C e este método é referido geralmente o depósito de vapor químico aumentado Plasma (PECVD). Contudo a fim depositar filmes dieléctricos dos filmes high-density mesmo em mais baixas temperaturas (<100°C) OIPT desenvolveram uma fonte (HDP) do alto-densidade-plasma em que os elétrons do plasma são entusiasmado em um sentido paralelo aos limites da câmara.

A fonte de HDP usada é a câmara indutiva acoplada (ICP) do plasma, em que o plasma é conduzido por um potencial magnético estabelecido por uma ferida da bobina fora das paredes dieléctricas (o projecto típico considera figura 1). O sentido da corrente do elétron é oposto àquele das correntes da bobina que são, pelo projecto, paralela às superfícies da câmara. Quando o plasma é entusiasmado desse modo a pressão de funcionamento pode subseqüentemente ser abaixada. O limite mais baixo da pressão é ditado tipicamente pela eficiência da fonte particular. Em a maioria de plasmas do processamento de materiais o aquecimento do elétron é primeiramente resistive, e a impedância do plasma escala com a densidade dos pontos mortos disponíveis para colisões não elásticas. Enquanto a impedância (pressão) é abaixada assim que é a capacidade da fonte para conduzir o plasma.

Figura 1. sistema de OIPT ICP-CVD

Características de Sistema Adicionais para o Depósito do Plasma

Para depósitos do plasma há umas características de sistema adicionais: -

Sistemas de ICP-CVD dos Instrumentos de Oxford

Um sumário das configurações de sistema de ICP-CVD é mostrado na tabela 1 abaixo:

Ferramentas da Tabela 1. ICP-CVD dos Instrumentos de Oxford

Característica Sistema 80Plus System100 System100 System133
ICP ICP65 ICP-CVD180 ICP-CVD380 ICP-CVD380
Tamanho do Eléctrodo 240mm 240mm 240mm Até 330mm
Carregamento Abra fechado Carregue fechado Carregue fechado Carregue fechado
Carcaças bolachas de 50mm 150mm com as opções dos portadores disponíveis para multi-bolachas ou partes pequenas 150mm com as opções dos portadores disponíveis para multi-bolachas ou partes pequenas Até 300mm com as opções dos portadores disponíveis para multi-bolachas ou partes pequenas
Entorpecentes Não Vários entorpecentes disponíveis que incluem o PH3, B2H6, GeH4 Vários entorpecentes disponíveis que incluem o PH3, B2H6, GeH4 Vários entorpecentes disponíveis que incluem o PH3, B2H6, GeH4
Precursores Líquidos Não Não Não Não
Gaslines controlados do MFC 8 ou 12 linha caixa do gás disponível 8 ou 12 linha caixa do gás disponível 8 ou 12 linha caixa do gás disponível 8 ou 12 linha caixa do gás disponível
Variação da temperatura Típica da fase da Bolacha 20°C a 400°C 0°C a 400°C 0°C a 400°C 0°C a 400°C
Plasma In Situ limpo Sim Sim Sim Sim

Depósito dos Materiais Usando ICP-CVD

ICP-CVD pode ser usado para depositar diversos materiais por exemplo SiO, Pecado2, SiOx N, x um-Siy e Sic. Neste papel nós concentrar-nos-emos principalmente na capacidade para depositar tão baixo os filmes2 de alta qualidade de SiO e de Pecado na temperatura da carcaça quanto 20°C. Em uma câmara de ICP-CVD os filmes do dióxido de silicone são depositados reagindo o silane que é introduzido através do anel e do óxido nitroso da distribuição do gás que é introduzido com a fonte do ICP. Os filmes do nitreto de silicone são depositados Adicionalmente usando o silane que é introduzido através do anel e do nitrogênio da distribuição do gás que é introduzido com a fonte. Alternativamente a amônia pode igualmente ser usada para depositar o nitreto de silicone mas o uso de resultados do nitrogênio em um filme mais de alta qualidade que seja explicado com maiores detalhes mais tarde.

Os parâmetros de processo Típicos que são discutidos aqui incluem a taxa de depósito, a uniformidade da espessura de filme, o R.I., o esforço do filme, taxas molhadas gravura em àgua forte, e tensão de divisão.

Taxas de Depósito Típicas de ICP-CVD

Tradicional ICP-CVD processa resultados em umas mais baixas taxas de depósito do que filmes de PECVD. As taxas de depósito Típicas para o óxido de silicone e o nitreto de silicone são >8nm/min mas umas taxas de depósito mais altas são agora possíveis em que resultados podem ser considerados na secção seguinte. Em uma maneira similar aos métodos paralelos convencionais do depósito da placa muitos parâmetros de processo podem ser ajustados a fim controlar o processo. Figura 2 e 3 abaixo das tendências típicas da taxa de depósito da mostra com parâmetros de processo diferentes.

A Figura 2. Efeito da potência do ICP, a pressão e o silane fluem na taxa de depósitox do Pecado de ICP-CVD

A Figura 3. Efeito da potência do ICP, a pressão e o silane fluem na taxa de depósito2 de ICP-CVD SiO

R.I. de Filmes Depositados ICP-CVD

O R.I. pode ser controlado variando a relação do Si: N para o depósito ou o Si do nitreto de silicone: O para o depósito do óxido de silicone. Os filmes do nitreto de Silicone têm um R.I. típico de 2,00 (em 633nm) embora este valor possa ser ajustado variando os fluxos do silane e de nitrogênio. Os filmes do dióxido de Silicone têm um R.I. típico de 1,46. O valor de RI pode ser ajustado variando o silane e o óxido nitroso flui. Em ambos os filmes um valor mais alto do R.I. indica geralmente um filme dos ricos do silicone. Figura 4 e 5 mostra abaixo os relacionamentos do R.I. com relações diferentes do fluxo do gás.

Figura 4. Variação do R.I. com SiH4: Relação2 do gás de N

Figura 5. Variação do R.I. com SiH4: NENHUMA2 relação do gás

ICP-CVD e Esforço do Filme

Em algumas aplicações tais como MEMS a capacidade para controlar o esforço do filme é muito importante. O esforço do Filme é calculado geralmente medindo a mudança da curvatura pre- e o cargo-depósito do filme. Esta diferença na curvatura em conseqüência do depósito do filme é usada para calcular o esforço pela equação de Stoney, que relaciona o módulo biaxial da carcaça, a espessura do filme e a carcaça, e o raio de curvaturas de pre- e do cargo-processo.

Em depósitos do nitreto de silicone de ICP-CVD e do óxido de silicone o esforço do filme pode ser controlado mudando vários parâmetros. A pressão do Processo tem a influência a mais grande no esforço do filme do nitreto de silicone e é mostrada na figura 6a abaixo. Aumentando o processo exerça pressão sobre o esforço do filme pode ser controlado de compressivo a elástico. Figure que 6a igualmente mostra que o esforço muito baixo pode ser obtido ajustando a pressão do processo.

Os filmes de óxido do silicone de ICP-CVD mostram tipicamente o esforço compressivo. O esforço do filme pode ser ajustado mudando uma combinação de parâmetros que incluem SiH4: Relação2 de N, temperatura e potência do RF. As Figuras 6b e 6c abaixo mostram o efeito de SiH4: NENHUMAS2 relação e temperatura do gás com esforço do filme. O Baixo esforço compressivo do filme pode ser obtido aumentando o SiH4: NENHUMA2 relação do gás e diminuição da temperatura do depósito.

Figura 6a. Variação do esforçox do filme do Pecado com pressão do processo

Figura 6b. Variação do esforço2 do filme de SiO com temperatura

Figura 6c. Variação do esforço do filme SiO2 com SiH4: NENHUMA2 relação do gás

ICP-CVD e Qualidade do Filme

A Qualidade do filme é mostrada o mais prontamente gravura a água-forte molhada, realizada normalmente com etchants protegidos do óxido (BOE) quais são tipicamente misturas do fluoreto do ácido fluorídrico de 49% (HF) e do amónio de 40% (NHF4) em várias relações predeterminadas. Etchants protegidos BOE do óxido são usados Tipicamente para gravar aberturas do indicador em camadas do dióxido de silicone. A aplicação preliminar é gravura a água-forte de camadas térmicas do óxido na produção do IC. A taxa gravura em àgua forte do filme por soluções aquosas de NH4F/HF, com ou sem aditivos do surfactant, depende de três factores preliminares: Escala4 de NHF, gravando a temperatura, e o índice específico do HF. Etchants Padrão de BOE (misturas do HF4 de 40% NHF/49%) contêm sobre 30% NHF4, uma escala onde o índice do HF tem a influência preliminar na taxa gravura em àgua forte.

Ao testar taxas molhadas gravura em àgua forte do filme sua geralmente boa prática medir a taxa gravura a água-forte baseada em um óxido térmico mergulha como uma referência. Um baixo filme da taxa gravura a água-forte indica geralmente um filme high-density. As mostras de Figuras 7 e 8 molharam os dados da taxa gravura em àgua forte do Pecadox e do SiO2 depositados usando ICP-CVD e PECVD convencional. Os dados mostram que os filmes depositados na baixa temperatura que usa ICP-CVD dão o desempenho comparável do processo do filme com os filmes depositados usando a placa paralela convencional de alta temperatura PECVD em 300 °C.

Figura 7. Variação da taxax molhada Gravura Em Àgua Forte do Pecado com temperatura do eléctrodo

Figura 8. Variação da taxa2 molhada gravura em àgua forte de SiO com temperatura do eléctrodo

Que é Tensão de Divisão?

A tensão de divisão é medida geralmente aplicando uma tensão ramped através do filme dieléctrico. O filme é depositado normalmente em uma camada inferior condutora (uma bolacha lubrificada do Si, ou uma camada do metal) junto com uma camada do metal depositada sobre o filme depositado. A camada do metal é modelada geralmente através de uma máscara de sombra ou pela descolagem para formar as almofadas pequenas do teste (tipicamente <<1x1mm). Para contactar a tais almofadas pequenas uma estação da ponta de prova da bolacha é exigida geralmente. As camadas do metal de Al/Si são comuns mas outros metais poderiam ser usados. É importante que as relações são lisas e alisam, isto é nenhumas montes ou colisões no metal subjacente, e nenhumas partículas na superfície ou no filme, se não a tensão de divisão estará reduzida significativamente (o processo do depósito do metal pode precisar alguma optimização se o cliente não tem esta instalação como um teste padrão já). Esta é uma razão para ter como pequeno um diâmetro da almofada do teste desde que é possível minimizar as possibilidades de ter uma partícula dentro de sua área da medida. A tensão é então ramped acima até que um pico actual alto esteja observado (isto é divisão do filme). A tensão exigida depende da espessura de filme (por exemplo 6MV/cm = 120Volts através de um filme 2000Å grosso).

Tensão de Divisão Aumentada de Filmes Depositados ICP-CVD

Em depósitos do filme de ICP-CVD as características elétricas do Pecadox depositadas em baixas temperaturas (~RT) mostraram a divisão campos elétricos de mais do que 3x106 Vcm-1 com baixas correntes do escapamento [1,2]. As mostras abaixo da Tabela 2 o efeito da temperatura na tensão de divisão do Pecado de ICP-CVDx depositaram filmes.

Valores típicos da tensão de divisãox do Pecado da Tabela 2. ICP-CVD

ºC da Temperatura Tensão de Divisão ICP-CVD MV/cm Tensão de Divisão PECVD MV/cm
20 > 3 -
150 > 7 > 3
200 - > 4
300 - > 5

Figura 9. Variação da densidade actual com campo elétrico para ICP-CVD SiO2 120°C. depositado filme. A tensão de divisão ~>8MV/cm da mostra dos resultados.

Cobertura da Etapa de Filmes Depositados ICP-CVD

Além ICP-CVD SiO2 igualmente mostra a alta tensão da divisão quando depositado em baixas temperaturas. Figura 9 mostra à divisão campos elétricos de >8MV/cm quando o filme2 de SiO foi depositado em 150°C. Em comparação um filme típico2 de SiO depositado por PECVD em 300°C conduz aos campos elétricos de uma divisão elétrica na escala de >5-6MV/cm.

A cobertura da etapa é a relação da espessura de filme ao longo das paredes de uma etapa à espessura do filme na parte inferior da etapa. Isto é referido S/T e/ou S/B em figura (10) abaixo. Para a cobertura constituída a relação de S/T e/ou de S/B é 1. A cobertura Tipicamente boa da etapa é conseguida usando altas temperaturas (>300°C) contudo é possível conseguir a cobertura excelente da etapa na baixa temperatura usando ICP-CVD. Figure (10) abaixo da cobertura do filme do Pecadox das mostras ICP-CVD quando depositado em 20°C. Além que a cobertura da etapa igualmente depende da altura e da largura da etapa.

Figura 10a. Definição da cobertura da etapa

Figura 10b. Imagens de SEM de um secção transversal 50 do Pecado do nanômetro ICP-CVD depositado em 22°C no metal de 150 nanômetro com boa cobertura da etapa.

 

Source: “Acoplou Indutiva o depósito de vapor químico do plasma (ICP-CVD)” pela Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford.

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor a Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford.

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

Last Update: 24. September 2013 07:10

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