Pourquoi le polysilicon est souvent déposé avec LPCVD?

Formes de silicium

Dans les processus semi-conducteurs et MEMS, le silicium se présente sous trois formes, monocristalline, polycristalline et amorphe. Pour distinguer ces trois, l'objectif principal est sur la structure du réseau: l'agencement monocristallin de réseau de silicium est ordonné à court terme ordonné à court terme; La disposition du réseau de polysilicon est désordonnée à longue portée et ordonné à court terme. Le silicium amorphe est désordonné à longue portée et désordonné à courte portée. L'analyse XRD peut être utilisée pour distinguer rapidement la morphologie du silicium, une pointe étant monocristalline, des pointes multiples en polycristallin, et le pic de Mantou étant amorphe. Le silicium amorphe et polycristallin peut être converti à 580 degrés, tandis que le silicium monocristallin est difficile à convertir en polysilicon ou en silicium amorphe.

Schéma schématique des figures des trois réseaux morphologiques du silicium

Comment le silicium est déposé

Les méthodes de dépôt du silicium comprennent le dépôt physique de vapeur et le dépôt chimique de vapeur, mais dans le flux de processus réel de semi-conducteurs et de MEMS, presque toutes les méthodes de dépôt chimique de vapeur sont utilisées. Les films minces de silicium monocristallin sont principalement préparés par MOCVD (dépôt de vapeur chimique à l'oxyde métallique) pour préparer les couches épitaxiales; En raison du processus à basse température, le silicium amorphe utilise souvent le PECVD (dépôt de vapeur chimique amélioré en plasma); Le polysilicon peut utiliser PECVD, APCVD (dépôt de vapeur chimique atmosphérique) et LPCVD (dépôt de vapeur chimique à basse pression), et PECVD nécessite une étape de recuit pour convertir amorphe en polycristallin.

Table - Avantages et inconvénients de différents dépôts chimiques de vapeur

0010-20351 6 pouce module de lampe degas 350c PVD

Dépôts LPCVD

Le tube de fournaise LPCVD sur la ligne de processus est un grand four horizontal avec une température interne de 580 C à 650 C et une pression d'air de 100 à 400 mtorr. La source de gaz la plus couramment utilisée est le silane (SIH4), qui se décompose thermiquement à une certaine température pour former du silicium. Pour un processus LPCVD typique (par exemple 200MTORR), la température de transition amorphe à polycristalline est d'environ 580 degrés, au-delà de laquelle des films minces de polysilicon sont déposés. À 625 degrés, les grains sont grands et colonnes, et l'orientation est principalement du silicium (110); Entre 650 degrés et 700 degrés, l'orientation cristalline (100) prédomine. La résistivité du polysilicon non non plus élevée est très élevée, généralement dans la plage de 106 ~ 108Ω · cm. Il existe deux façons de réduire la résistivité du polysilicon, de la diffusion de la source à l'état solide et de l'implantation ionique, et le dopage connu à forte dose, et la résistance carrée des films conductrices en polysilicon est inférieur à 10 Ω \/ □.

Schéma schématique de la figure de la fournaise LPCVD

0010-20317 8 "Module LAMP

Le principal avantage de l'utilisation de LPCVD pour déposer du polysilicon est qu'il peut obtenir une couche de film de haute qualité dense, à faible contrainte, a une bonne couverture étape et a une bonne uniformité sur puce et office. À l'heure actuelle, les caractéristiques matérielles du polysilicon LPCVD dans l'industrie sont d'environ 150 GPa Young, environ 1,2 GPa Tensile, et la contrainte résiduelle peut être de ± 50 MPa. La contrainte de la couche de polysilicon dépend de la température, quelle que soit la pression de dépôt, lorsque la température est inférieure à 580 degrés, la contrainte est une contrainte de compression. À 600 degrés, la contrainte est une contrainte de traction moyenne ou élevée, mais à la température du dépôt est de 620 degrés, elle est considérablement transformée en contrainte de compression. Dans le même temps, le LPCVD peut être utilisé en lots, et les fours LPCVD commerciaux peuvent contenir jusqu'à 100 plateaux à la fois.

The disadvantage is that LPCVD deposits polysilicon, with a single thickness of up to 2μm, and higher than that, it needs to be deposited in stages, but it will also cause excessive stress in the film layer to peel off and fall off after many times. If you want to grow more than 10 μm polysilicon, such as a mass in an accelerometer, you need to use the APCVD process, which requires a substrate temperature of > 1000°C and a pressure of >50torr, et un taux de dépôt de 1 μm \/ min. Étant donné que la température élevée d'APCVD sépare le polysilicon de la couche SIO2 sous-jacente, il est généralement nécessaire de déposer une couche de polysilicon en dessous de 100 nanomètres avec LPCVD comme couche tampon (couche de graine).