Salaysay ng Mataas na Marka ng pelikulang Paggamit ng Inductively kaisa plasma-kimikal Vapour salaysay (ICP-CVD) sa pamamagitan ng Oxford Instrumentong plasma Teknolohiya

Paksa sakop

Salaysay ng Mataas na Marka ng pelikulang Paggamit ng ICP-CVD

Ang isang malawak na hanay ng insulating manipis pelikula ay ginagamit sa mga modernong mga circuits ng VLSI pagbibigay ng mga de-koryenteng paghihiwalay sa pagitan ng pagsasagawa ng mga rehiyon sa loob ng isang aparato, at bilang isang huling-cap ng kawalang kibo layer. Silicon dioxide, silikon nitride at oxynitrides ay malawak na ginamit. Mga iba't-ibang salaysay pamamaraan ay magagamit na nakasalalay sa temperatura ng salaysay.

Atmospera na presyon ng kemikal singaw salaysay at mababang presyon ng kemikal singaw salaysay pamamaraan ay karaniwang nangangailangan ng mga mataas na temperatura sa rehiyon ng> 400 ° C samantalang ang paggamit ng plasma pinahusay na kemikal PECVD singaw salaysay) ay karaniwang nangangailangan ng temperatura sa salaysay ng <400 ° C.

Malaki interes ay nakadirekta patungo sa kakayahang mag-deposito ng mga high density dielectric pelikula sa kahit na mas mababang mga temperatura (<150 ° C), lalo na sa mga temperatura-sensitive na mga aparato tulad ng mga organic LEDs. Sa pamamagitan ng paggamit ng ICP- CVD pamamaraan , Oxford Instrumentong nakabuo ng isang salaysay ng proseso sa kung aling mga pelikula sa mataas na kalidad ay maaaring deposited sa mataas na density plasma, mababa salaysay ng mga pressures at temperatura.

Pinagmumulan ng High density plasma mula sa Oxford Instrumentong

Mababang temperatura depositions ay karaniwang nakamit sa pamamagitan ng paggamit ng ng plasma na kung saan ang mga gas na reaksyon sa isang discharge ng gasa. Discharge ito ionizes ang mga gas, paglikha ng mga aktibong mga species na reaksyon sa sa ibabaw ng ostiya. Ang pinaka-karaniwang pamamaraan ay isang kahilera reaktor plate na kung saan ang sample ng sits sa isang grawnded ilalim ng elektrod at radio dalas boltahe ay inilapat sa tuktok elektrod. Ito ay lumilikha ng isang gasa discharge sa pagitan ng dalawang mga plates at ang daloy ng gas radially sa pamamagitan ng ang discharge. Karaniwan ay sa ilalim elektrod ay iniinitan sa 100-400 ° C at pamamaraan na ito ay karaniwang tinutukoy sa salaysay ng plasma pinahusay na kemikal singaw (PECVD). Gayunpaman upang deposito ng high density mga pelikula sa dielectric pelikula sa kahit na mas mababang mga temperatura (< 100 ° C) OIPT binuo ng isang mataas na density-plasma (HDP) source kung saan ang mga plasma electron ay nasasabik sa isang direksyon kahilera sa hangganan ng kamara.

Ang HDP source na ginamit ay ang kaisa ng inductively plasma (ICP) kamara, kung saan ang plasma ay hinihimok sa pamamagitan ng isang magnetic potensyal na set up sa pamamagitan ng isang ikirin sugat sa labas ng pader dielectric (karaniwang disenyo tingnan ang figure 1). Ang direksyon ng elektron kasalukuyang ay kabaligtaran sa na ng mga alon umikid na kung saan ay, sa pamamagitan ng disenyo, kahilera sa ibabaw kamara. Kapag ang plasma ay nasasabik sa paraan na ito ang operating presyon ay maaari pagkatapos ay lowered. Ang mas mababang limitasyon ng presyon ay karaniwang dictated sa pamamagitan ng kahusayan ng partikular na pinagmulan. Sa karamihan ng mga materyales na processing sa mga plasmas elektron pagpainit ay pangunahing resistive, at ang impedance ng kaliskis ng plasma sa density ng neutrals magagamit para sa mga hindi nababanat collisions. Bilang ang impedance (presyon) ay lowered kaya ang kakayahan ng source sa drive ang plasma.

Figure 1. OIPT ICP-CVD sistema

Karagdagang Mga Tampok ng System para sa plasma salaysay

Para sa mga depositions plasma may mga karagdagang mga tampok sa sistema: -

• Ang likid inductively kaisa ay konektado sa isang 13.56 MHz, 3.0kW RF generator sa pamamagitan ng isang pagtutugma unit.
• Ang kapangyarihan ng ICP likid kontrol ang paghihiwalay ng plasma at ang density ng ions pangyayari sa kamara.
• Ang mas mababang elektrod ay hiwalay pinalakas ng isa pang 13.56 generator MHz 300W, na nagpapahintulot sa mga independiyenteng control ng bias ang boltahe, ie ang enerhiya ng mga ions sa sample.
• Upang mabawasan ang plasma-sapilitan pinsala sa panahon ng proseso ng salaysay at ang stress na antas sa mga deposited pelikulang, ICP-CVD sistema ay pinatatakbo sa isang mode ng panay na "ICP" sa pamamagitan ng paglalapat ng RF kapangyarihan (100 sa 2000W) lamang ang likid ICP, ngunit walang RF kapangyarihan sa mas mababang elektrod.
• Helium presyon ay inilapat sa likod ng wafers upang magbigay ng magandang thermal contact sa pagitan ng kalabitin at apa.
• Sistema ay tumpak na kontrol ng substrate temperatura mula -150 ° C sa 400 ° C sa pamamagitan ng paggamit ng electrical pampainit at likido nitrogen. Ang malawak na hanay ng temperatura na ito ay mahalaga para sa mga advanced na mga proseso ng plasma salaysay ng mga iba't-ibang materyales substrate.
• Purong silane (100% SiH ₄₎ ay ipinakilala sa kamara pahayag sa pamamagitan ng isang ring ng pamamahagi ng gas. Iba pang mga gas tulad ng _N 2 at _N 2 O ay nagpasimula sa ICP source kamara
• Awtomatikong presyon ng controller (APC) ay ginagamit upang makontrol ang presyon (2 na 20mTorr).

ICP-CVD Systems mula sa Oxford Instrumentong

Ang isang buod ng ang ICP- kumpigurasyon ng sistema ng CVD ay ipinapakita sa table 1 sa ibaba:

Table 1. ICP-CVD Tools mula sa Oxford Instrumentong

Salaysay ng mga Materyales na Paggamit ng ICP-CVD

ICP-CVD ay maaaring gamitin upang deposito ng ilang mga materyales _{eg SiO 2,} kasalanan _x, SiO _x N y, isang-Si at tama. Ng papel na ito ay namin tumutok lamang sa ang kakayahan sa deposito ng _mataas na kalidad SiO 2 at pelikula ng kasalanan sa substrate temperatura bilang mababang bilang 20 ° C. Sa isang ICP-CVD kamara ang silikon dioxide pelikula ay deposited sa pamamagitan ng reacting silane na kung saan ay ipinakilala sa pamamagitan ng ang ring pamamahagi ng gas at nitrous oksido na kung saan ay ipinakilala sa pamamagitan ng source ng ICP. Bilang karagdagan silikon nitride ang mga pelikula ay deposited gamit ang silane na kung saan ay ipinakilala sa pamamagitan ng ang ring pamamahagi ng gas at nitrogen na kung saan ay ipinakilala sa pamamagitan ng pinagmulan. Man amonya ay maaari ding magamit upang deposito silikon nitride ngunit ang paggamit ng mga resulta ng nitrogen sa sa isang mas mataas na kalidad ng pelikula na kung saan ay ipinaliwanag sa karagdagang detalye mamaya.

Kabilang sa mga karaniwang mga parameter ng proseso na kung saan ay tinalakay dito ang rate ng salaysay, pelikula kapal pagkakapareho, repraktibo index, pelikula stress, basa mag-ukit rate, at breakdown boltahe.

Karaniwang ang mga salaysay Rate ng ICP-CVD

Ayon sa kaugalian ICP-CVD proseso ang mga resulta sa mas mababang mga rate sa salaysay kaysa sa PECVD pelikula. Karaniwang mga rate ng salaysay para sa silikon oksido at silikon nitride ay> 8nm/min ngunit mas mataas na rate ng salaysay ay Ngayon ay posible na kung saan ang mga resulta ay maaaring makikita sa susunod na seksyon. Sa isang katulad na paraan upang maginoo kahilera mga pamamaraan ng plate pagtitiwalag sa maraming mga proseso ng mga parameter ay maaaring nababagay sa upang kontrolin ang proseso. Figure 2 at 3 sa ibaba ipakita ang karaniwang mga uso sa salaysay rate sa iba't-ibang mga parameter ng proseso.

Figure 2. Epekto ng ICP kapangyarihan, ang presyon at silane daloy sa ICP-CVD _kasalanan x salaysay rate

Figure 3. Epekto ng ICP kapangyarihan, ang presyon at silane daloy sa ICP-CVD _SiO 2 rate ng salaysay

Repraktibo Index ng ICP-CVD Deposited pelikula

Ang repraktibo index ay maaaring kinokontrol sa pamamagitan ng iba't ibang ratio ng Si: N para sa silikon nitride salaysay o Si: O para sa mga salaysay ng silikon oksido. Silicon nitride pelikulang karaniwang repraktibo index ng 2.00 (sa 633nm) bagaman ang halaga na ito ay maaaring nababagay sa pamamagitan ng iba't ibang silane at nitrogen daloy. Silicon dioxide pelikulang karaniwang repraktibo index ng 1.46. Ang RI halaga ay maaaring nababagay sa pamamagitan ng iba't ibang silane at nitrous oksido daloy. Sa parehong pelikula ng isang mas mataas na halaga ng repraktibo index karaniwang nagpapahiwatig ng isang silikon rich film. Figure 4 at 5 sa ibaba ipakita ang mga relasyon ng repraktibo index na may ibang mga ratio sa daloy ng gas.

Figure 4 Pagkakaiba-iba ng repraktibo Index sa SiH _4: N ₂ ratio ng gas

Figure 5 Pagkakaiba-iba ng repraktibo index sa SiH _4: N ₂ O gas ratio

ICP-CVD at stress ng Film

Sa ilang mga application tulad ng MEMS ng kakayahan upang kontrolin ang mga pelikula stress ay napakahalaga. Film stress ay karaniwang kinakalkula sa pamamagitan ng pagsukat ng kurbada baguhin ang pre-at post-salaysay ng film ang. Ito pagkakaiba sa kurbada bilang resulta ng pelikula pahayag ay ginagamit upang kalkulahin ang stress sa pamamagitan ng paraan ng Stoney sa equation, kung saan nauugnay ang biaxial modulus ng ang kapal substrate, ng ang pelikula at substrate, at ang radius ng curvatures ng pre-at post-proseso.

Sa ICP-CVD silikon nitride at silikon oksido depositions ang stress ng pelikula ay maaaring kinokontrol sa pamamagitan ng pagbabago ng mga iba't ibang mga parameter. Ang Proseso presyon ay may pinakamalaking impluwensiya sa silikon stress nitride film at ay ipinapakita sa 6a malaman ibaba. Sa pamamagitan ng pagtaas ng presyon ng proseso ng film stress ay maaaring kinokontrol mula sa compressive sa makunat. Figure 6a Ipinapakita rin na masyadong mababa ang stress ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pinong tuning ang proseso presyon.

ICP-CVD silikon oksido pelikula ay karaniwang nagpapakita ng compressive stress. Ang pelikula stress ay maaaring nababagay sa pamamagitan ng pagbabago ng isang kumbinasyon ng mga parameter _kasama ang SiH _4: N 2 ratio, temperatura at RF kapangyarihan. 6b numero at 6c sa ibaba ay nagpapakita ng mga epekto ng _SiH 4: _N 2 O gas ratio at temperatura sa film stress . Mababang compressive stress ng pelikula ay maaaring makuha sa pamamagitan ng _pagtaas ng SiH _4: N 2 O ratio ng gas at nagpapababa ang salaysay temperatura.

Figure 6a. Pagkakaiba-iba ng kasalanan _x film stress sa presyon ng proseso

Figure 6b. Pagkakaiba-iba ng SiO ₂ film stress sa temperatura

. Figure 6c Pagkakaiba-iba ng SiO2 film stress sa SiH _4: N ₂ O gas ratio

ICP-CVD at Marka ng Film

Marka ng pelikula ay pinaka-madaling ipapakita sa pamamagitan ng wet ukit, normal isinasagawa out sa mga buffered etchants oksido (BOE) na kung saan ay karaniwang blends ng 49% hydrofluoric acid (hf) at 40% ammonium _plurayd (NH 4 F) sa iba't ibang mga paunang natukoy na ratio. Karaniwan BOE buffered etchants ng oksido ay ginagamit upang mag-ukit window openings sa mga layer ng silikon dioxide. Ang pangunahing application ay ang ukit ng mga thermal na layer ng oksido sa IC produksyon. Ang mag-ukit na rate ng pelikula sa pamamagitan ng may tubig solusyon NH4F/HF, na may o walang additives surfactant, depende sa tatlong pangunahing _mga kadahilanan: NH 4 F hanay, ukit temperatura, at tiyak na hf nilalaman. Standard BOE etchants (40% NH ₄ F / 49% hf blends) ay naglalaman ng higit sa _30% NH 4 F, isang saklaw kung saan ang hf nilalaman ay ang pangunahing impluwensya sa mag -ukit na rate.

Kapag pagsubok ng mga wet mag-ukit na mga rate ng film na nito ay kadalasang magandang pagsasanay upang sukatin ang rate ng ukit na batay sa isang thermal na layer ng oksido bilang isang sanggunian. Ang isang mababang rate ng ukit ng pelikula ay karaniwang nagpapahiwatig ng isang mataas na film density. Numero 7 at 8 ay nagpapakita wet mag-ukit na rate ng data ng _kasalanan x at _SiO 2 deposited gamit ang parehong ICP -CVD at maginoo PECVD. Ang data ay nagpapakita na ang pelikula ay deposited sa mababang temperatura gamit ang ICP-CVD nagbibigay maihahambing proseso ng film ng pagganap sa mga pelikulang deposited gamit ang mataas na temperatura maginoo kahilera plato PECVD sa 300 ° C.

Figure 7. Pagkakaiba-iba ng kasalanan _x wet mag-ukit na rate sa elektrod temperatura

Figure 8. Pagkakaiba-iba ng SiO ₂ wet mag-ukit na rate na may elektrod temperatura

Ano ang breakdown Boltahe?

Ang breakdown boltahe ay karaniwang sinusukat sa pamamagitan ng paglalapat ng isang ramped boltahe sa buong pelikula dielectric. Deposited Ang pelikula ay normal sa isang kondaktibo ibaba ng layer (alinman sa isang doped ostiya Si, o ng isang layer ng metal) kasama ang isang layer ng metal na deposited sa tuktok ng deposited film. Ang metal layer ay karaniwang patterned alinman sa pamamagitan ng isang anino ng mask o sa pamamagitan ng paglipad sa form ng maliit na pagsubok pads (karaniwang <<1x1mm). Upang makipag-ugnay sa sa mga tulad ng maliit na pads sa isang istasyon probe ng ostiya ay karaniwang kinakailangan. Al / Si metal layer ay karaniwang ngunit maaaring gamitin ang iba pang mga riles. Mahalaga na ang mga interface ay patag at makinis, ie walang hillocks o bumps sa batayan metal, at walang mga particle sa ibabaw o sa pelikula, kung hindi, ang breakdown boltahe ay makabuluhang nabawasan (ang proseso ng pag-aalis ng metal ay maaaring mangailangan ng ilang optimization kung customer na hindi ito set-up bilang isang karaniwang pagsubok na). Ito ay isang dahilan para sa pagkakaroon ng maliit na pagsubok ng isang lapad pad dahil ito ay posible na mabawasan ang pagkakataon ng pagkakaroon ng tinga sa loob ng iyong lugar ng pagsukat. Boltahe pagkatapos ay ramped hanggang ang isang mataas na kasalukuyang rurok ay sinusunod (ie breakdown ng pelikula). Ang boltahe na kinakailangan ay depende sa kapal ng pelikula (eg 6MV/cm = 120Volts sa isang 2000Å makapal film).

Nadagdagan na Boltahe ng breakdown ng ICP-CVD Deposited pelikula

Sa ICP-CVD depositions ng film ang mga electrical na mga _katangian ng kasalanan x deposited sa mababang mga temperatura (~ RT) ay ipinapakita breakdown sa mga de-koryenteng ^patlang ng ^higit sa 3x10 6 Vcm -1 sa mababang mga alon ng tagas [1,2]. Table 2 sa ibaba ay nagpapakita ang epekto ng temperatura sa breakdown boltahe ng ICP _-CVD kasalanan x deposited pelikula.

Table 2. ICP-CVD kasalanan _x karaniwang breakdown boltahe halaga

Figure 9. Pagkakaiba-iba ng mga kasalukuyang density ng electric patlang para sa sa ICP-CVD film _SiO 2 deposited 120 ° C. Ang mga resulta ay nagpapakita ng breakdown boltahe ~> 8MV/cm.

Hakbang Coverage ng ICP-CVD Deposited pelikula

Sa karagdagan din ng ICP- CVD _SiO 2 ay nagpapakita ng mataas na breakdown boltahe kapag deposited sa mababang temperatura. Figure 9 Ipinapakita ang breakdown electrical larangan ng> 8MV/cm kapag ang SiO ₂ pelikula ay deposited sa 150 ° C. Sa paghahambing ng isang karaniwang SiO ₂ film deposited ng PECVD sa 300 ° resulta C sa isang electrical electrical patlang ng breakdown sa hanay ng mga> 5-6MV/cm .

Ang saklaw ng hakbang ay ang ratio ng pelikula kapal kasama ang mga pader ng isang hakbang sa kapal ng pelikula sa ilalim ng hakbang. Na ito ay tinukoy sa S / T at / o S / B sa ang malaman (10) sa ibaba. Para sa conformal coverage ratio ng mga S / T at / o S / B ay 1. Karaniwan magandang hakbang coverage ay nakamit sa pamamagitan ng paggamit ng mga mataas na temperatura (> 300 ° C) gayunpaman ito ay posible na makamit ang coverage ng mahusay na hakbang sa mababang temperatura gamit ang ICP-CVD. Figure (10) sa ibaba ay nagpapakita ng ICP- CVD _kasalanan x film coverage kapag deposited sa 20 ° C. Bilang karagdagan sa hakbang coverage din ay depende sa mga hakbang ng taas at lapad.

Figure 10a. Kahulugan ng saklaw ng hakbang

Figure 10b. SEM imahe ng cross na seksyon ng 50 nm ICP-CVD kasalanan ay deposited sa 22 ° C sa 150 nm metal na may magandang hakbang coverage.

Source: "Inductively kaisa plasma kemikal singaw salaysay (ICP-CVD)" sa pamamagitan ng Oxford Instrumentong plasma Teknolohiya .

Para sa karagdagang impormasyon sa pinagmulan, mangyaring bisitahin ang Oxford Instrumentong plasma Teknolohiya.