De nouvelles améliorations à plasma inductif - Chemical Vapour Deposition (ICP-CVD) par Oxford Instruments technologie Plasma

Thèmes abordés

Plaques nouvelle transmission Améliorer uniformité de l'épaisseur de l'ICP-CVD films déposés

Les améliorations des processus ont également été réalisés en ce qui a amélioré l'uniformité d'épaisseur du film a été réalisé repose sur la conception de notre nouveau matériel breveté. La conception du nouveau matériel permet également à l'utilisateur la possibilité de déposer des couches sur de grandes surfaces avec une uniformité épaisseur du film excellent. La conception du matériel breveté est basé sur une conception de douche style nouveau que nous appelons une plaque de transmission. La plaque de transmission est alors placé dans la chambre et se trouve entre la source de plasma à haute densité et le substrat.

La plaque de transmission a été optimisée en ajustant la taille des trous et de distribution afin d'obtenir le maximum d'amélioration épaisseur du film. La plaque de la transmission est faite de l'alliage 6082 d'aluminium avec une épaisseur suffisante pour maintenir la plaque près de la température de la chambre par conduction latérale, même lorsqu'il tourne avec des pouvoirs ICP élevé. On a constaté que pour atteindre le «meilleur» uniformité de l'épaisseur de film pour le nitrure de silicium et les dépôts d'oxyde de silicium deux variantes différentes des plaques ont été nécessaires.

Les figures 1 et 2 (ci-dessous) montrent deux plaques de transmission différents pour une ICP180 source.

Figure 1. Image de l'anneau de gaz silane et la plaque de transport de gaz à l'intérieur de la chambre de traitement au cours d'un procédé plasma

Figure 2. Deux plaques de transmission de gaz. (A) une plaque de transmission est optimisé pour déposer SiO _2. (B) 2 plaque de transmission est optimisé pour déposer SiN _x

La figure 3 montre une plaque plus grande de transmission qui est requise pour l' ICP380 source afin de déposer ICP-CVD films avec des substrats jusqu'à 300mm avec une uniformité épaisseur du film excellent.

Plaque de transmission Figure 3. Utilisé avec la source ICP380

Améliorer la performance du film avec ICP-CVD Systèmes d'Oxford Instruments

Figure 4 et 5 montre un exemple de la distribution de SiN _x épaisseur du film de plus de 100 mm et plaquette de silicium de 200mm, en utilisant une ICP180 et un ICP380 sources respectivement. Oxford Instruments PCI-CVD systèmes offrent maintenant ces améliorations de processus améliorés, et les utilisateurs seront également en mesure facilement mettre à niveau leurs existante ICP-CVD système afin de pouvoir atteindre des performances du film encore meilleur.

Figure 4. ICP-CVD SiN _x uniformité de l'épaisseur du film au cours de 100mm avec un System100 avec une source ICP180

Figure 5. ICP-CVD SiN _x uniformité de l'épaisseur du film au cours de 200mm avec un System100 avec une source ICP380

Typiques des performances d'uniformité épaisseur du film pour des dépôts à basse température dépend aussi de la source ICP utilisé. Le tableau 1 montre l'uniformité d'épaisseur de film différents selon la source ICP.

Tableau 1. Typiques du PCI-CVD uniformités épaisseur du film

Flux de gaz Contrôle Durant ICP-CVD traitement

Films déposés tels que le nitrure de silicium et d'oxyde de silicium sont utilisés dans HBLEDS de passiver les appareils finale. Les méthodes actuelles incluent le traitement par lots PECVD qui a une charge typique d'un maximum de 8 x 4 "substrats (et une charge beaucoup plus de 2" substrats) avec un taux de croissance de 14-15 nm / min. Quantité considérable d'intérêt ces derniers ont été dirigés vers le traitement seule plaquette LED qui exige des taux de dépôt plus élevés afin de maintenir les exigences de débit. Il est également connu que la température de dépôt doit aussi être maintenu aussi bas que possible. Ces exigences limitent la capacité des PECVD classiques qui nécessitent des températures élevées et de faibles taux de dépôt afin de permettre aux matériaux de haute qualité à déposer, sans doute grâce à prévoir suffisamment de temps pour les excès d'hydrogène pour dégazer du film en croissance.

Nous avons déjà discuté que les films à haute densité peuvent être déposés à basse température (<150 ° C) en utilisant l' ICP-CVD technique, mais avec des taux de dépôt typique des 8nm/min. Cependant les travaux de développement récents au OIPT a atteint des taux de dépôt beaucoup plus élevé de> 140nm/min aux mêmes températures basses, tout en conservant une bonne qualité du film, l'uniformité du film l'épaisseur et le contrôle du stress film. Ces progrès récents ont montré la capacité de l'ICP-CVD dans la réalisation de films de haute qualité à basse température avec un débit élevé. Le processus de taux élevé de dépôt ont été atteints en augmentant la puissance du PCI et le mélange de flux de gaz comme le montre la figure 6 ci-dessous. Le ratio de débit de gaz pour le péché et le dépôt de SiO ₂ ont ensuite été ajustés afin d'ajuster l'indice de réfraction (figure 7).

Figure 6. Variation du taux de dépôt avec des flux total de gaz pour l'ICP-SiN _x CVD déposés à 150 ° C

Figure 7. Variation du taux de dépôt par rapport au total des flux de gaz pour l'ICP-CVD SiO ₂ déposés à 150 ° C

Répétabilité et la stabilité de l'ICP-CVD traitement

Un des facteurs les plus importants d'un système de dépôt est la possibilité de déposer le même film encore et encore. La répétabilité et la stabilité de l' ICP-CVD processus dans lequel les tests ont été effectués par le dépôt d'un taux élevé de dépôt de SiO ₂ (> 140nm/min) à basse température (<150 ° C) sur des wafers de 100mm x 75. Les résultats sont présentés dans la figure 8, 9 et 10 ci-dessous.

Figure 8. Wafer à la répétabilité taux de dépôt de plaquettes <+ / -2% avec uniformité de l'épaisseur du film d'<+ / -3% sur wafer de 100mm

Figure 9. Wafer à la répétabilité indice de réfraction de plaquette <+ / -0,3%

Figure 10: ICPCVD SiO ₂ répétabilité de stress film de plus de 75 plaquettes

Figure 11: Effet du débit de gaz de phosphore sur le PCI-CVD taux de dépôt de a-Si

Dépôt de matériaux en utilisant l'ICP-CVD traitement

En plus de SiO _2, SiO _x N _y et SiN _x couches ICP-CVD peut également être utilisée pour déposer d'autres matériaux comme le silicium amorphe (non dopé et dopé) et le carbure de silicium.

Le silicium amorphe est habituellement déposés à l'aide silane pur avec des petits débits d'argon afin d'aider à trouver le plasma. D'hydrogène supplémentaire est également utilisée afin d'améliorer la qualité du film. Dopants peuvent être ajoutés sous la forme de phosphore et le bore, afin de modifier la conductivité de la couche qui est particulièrement important dans les applications photovoltaïques. Figure 11 ci-dessous l'effet des flux de phosphore sur le taux de dépôt pour l'ICP-CVD des couches Si amorphe.

ICP-CVD peut également être utilisé pour déposer le carbure de silicium. Le silane est normalement mélangé avec le méthane et l'argon est également utilisé pour aider à frappante plasma. L'indice de réfraction du SiC peut être réglée en ajustant le ratio débit de gaz de silane au méthane. Figure 12 et 13 montre la relation entre l'indice de réfraction, le stress du film et de méthane / silane ratio de débit de gaz.

Figure 12: Variation de l'indice de réfraction avec le méthane / silane ratio de débit de gaz

Figure 13: Variation de stress film avec le méthane / silane ratio de débit de gaz

Chambre à plasma de nettoyage et ICP-CVD traitement

En ICP-CVD de traitement, une proportion importante du temps est consacré à l'outil de nettoyage plasma en utilisant des gaz de gravure pour nettoyer la chambre de traitement. Il ya un certain nombre de gaz propres disponibles comme le CF _4, C ₃ F _8, C ₂ F ₆ et NF _3. Cependant, dans nos chambres, nous ICP nominalement l'utilisation de SF ₆ en raison de la capacité d'atteindre des taux plus élevés gravure, nettoyant par des produits et des procédés de gravure expérimentés dont nous avons modifié afin de réussir à nettoyer l'intérieur de la chambre. Gaz alternatif dont nous avons également utilisé les CF ₄ et C ₃ F _8.

Les gaz propres si ses SF ₆ ou CF ₄ est généralement utilisé avec O ₂ ou N ₂ O afin de réduire les sous-produits formés après le nettoyage. Le nettoyage consiste à utiliser la puissance du PCI et également le pouvoir de l'électrode. Ceci est utilisé pour promouvoir le fluor afin d'atteindre des taux de gravure plus rapide. Une plaquette est également suggéré d'être mis sur la table, afin de protéger la surface de savoir de réduire de plus de nettoyage dans ce domaine. Le plasma temps de nettoyage et les intervalles de nettoyage dépend de la nature des dépôts. Par exemple, si un film de stress élevé est déposé dans la chambre, puis le dépôt maximal avant le nettoyage est nécessaire est réduite en raison du potentiel du film écaillage de la parois de la chambre sur l'échantillon.

Chambre à plasma de nettoyage et directives épaisseur typique

Épaisseur typique de nettoyage et de lignes directrices sont indiquées ci-dessous.

• Le nettoyage doit être effectué après 5microns> du dépôt de film.
• Temps de nettoyage dépend du type et l'épaisseur du film déposé.
• Temps de nettoyage typique est deux heures pour 6-8 microns de dépôt de film.

Après un nettoyage chambre à plasma, il est important d'exécuter une recette purge de la pompe afin de minimiser les particules. Une séquence typique est illustré ci-dessous: -

Répétez 30 times/1min pump/1min N ₂ de purge, 100sccm, 50mT/Loop

Climatisation de la chambre est une étape importante pour parvenir à un processus répétitif. Nous avons observé que 0.5microns ~ de dépôt est requise pour la climatisation. La figure 14 montre comment le taux de dépôt et de réfraction de la procédure se stabilise après un nettoyage et le conditionnement chambre à plasma de chambre.

Figure 14: Effet de la chambre de conditionnement sur ​​le processus de répétabilité

Plasma de pré-traitement

Un plasma pré-traitement peut être appliqué à une surface particulière afin d'éviter la délamination des films déposés surtout quand le film est sous une certaine contrainte thermique ou mécanique. Bonne adhérence des films déposés sur le matériau sous-jacent dépend du type de surface et aussi le type de résidus à la surface. Oxygène plasma à base de pré-propre a la plus grande vigueur en enlevant les résidus organiques alors une base d'hydrogène plasmatique pré-nettoyage a la plus grande vigueur enlevant les résidus inorganiques.

Si un matériau de substrat autre que le silicium est utilisé comme l'arséniure de gallium ou de nitrure de gallium un procédé de traitement du plasma pré est essentielle pour atteindre les propriétés bon film. Par exemple, l'adhérence et la qualité du film déposé peut être améliorée par l'application d'une base d'hydrogène pré dépôt propres films procédé antérieur. Ceci a été réalisé en utilisant une ammoniac / plasma d'azote pré propre, où l'ammoniac se dissocie en azote et en hydrogène et l'hydrogène résultant de la surface sous-jacente des attaques qui donne une surface hydrogénée qui fournit une bonne couche intercalaire entre le film et substrat. Le film montre ensuite déposé subséquente des propriétés bon film, comme une bonne adhérence, les piqûres bas et de bonnes caractéristiques électriques.

Résumé

Dans ce papier nous avons montré que l'ICP-MCV peut être utilisé pour déposer divers matériaux, dont _SiO2, SiN _x, a-Si et SiC. En utilisant l' ICP-CVD films technique de haute qualité sont déposés auprès du plasma à haute densité, des pressions et des températures faibles dépôts qui aboutit à minimiser la contamination du film, la promotion de stoechiométrie du film, la réduction des dommages directs par rayonnement ionique de surface d'interaction, et d'éliminer la dégradation appareil à haute température .

Source: «plasma à couplage inductif dépôt de vapeur chimique (ICP-MCV)» par Oxford Instruments technologie Plasma .

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