Легированный диоксид кремния создается в процессе химического осаждения из газовой фазы (CVD) путем введения газообразного прекурсора, содержащего легирующую примесь, наряду со стандартными прекурсорами кремния и кислорода. Например, фосфин ($\text{PH}_3$) используется для добавления фосфора, а источник бора, такой как диборан ($\text{B}_2\text{H}_6$), используется для добавления бора. Эти атомы примесей встраиваются в пленку диоксида кремния по мере ее роста на пластине, образуя легированное стекло.
Основная цель легирования диоксида кремния состоит не в изменении его электрических свойств, а в коренном изменении его физического поведения. Путем добавления примесей, таких как фосфор и бор, вы значительно снижаете температуру плавления стекла, что позволяет ему размягчаться и «течь» при управляемых температурах для создания более гладкой, более планарной поверхности.
Основной механизм: Соосаждение в CVD
Создание легированного оксида является модификацией стандартного процесса осаждения диоксида кремния. Ключевым моментом является одновременное введение всех необходимых химических прекурсоров в газовой фазе.
Начало со стандартного процесса $\text{SiO}_2$
В типичном процессе CVD газообразный источник кремния вступает в реакцию с источником кислорода с образованием твердого диоксида кремния ($\text{SiO}_2$) на поверхности пластины. Общие химические схемы включают:
- Силан ($\text{SiH}_4$) и Кислород ($\text{O}_2$), как правило, при более низких температурах (300–500°C).
- Тэтраэтилортосиликат (TEOS), который термически разлагается при более высоких температурах (650–750°C) с образованием $\text{SiO}_2$ высокого качества.
Введение источника легирующей примеси
Для создания легированной пленки в газовую смесь, поступающую в камеру CVD, добавляется третий газ, содержащий желаемую примесь.
- Для создания фосфор-легированного стекла (ФЛС) используется газ фосфин ($\text{PH}_3$).
- Для создания борофосфосиликатного стекла (БФС) вводятся как фосфин, так и источник бора, такой как диборан ($\text{B}_2\text{H}_6$).
Включение в растущую пленку
По мере протекания химической реакции и осаждения пленки $\text{SiO}_2$ атом за атомом, атомы легирующей примеси непосредственно включаются в структуру стекла. Они замещают часть атомов кремния или кислорода, нарушая чистую сеть $\text{SiO}_2$ и изменяя ее физические свойства.
Зачем легировать диоксид кремния? Цель пла-наризации
Основным движущим фактором легирования оксидных пленок в производстве полупроводников является решение проблемы топографии устройства.
Проблема: Неровные поверхности
По мере того как транзисторы и проводники формируются на пластине, они создают поверхность со значительными «холмами и впадинами». Осаждение последующего изолирующего слоя поверх этой неровной топографии приводит к конформной пленке, которая повторяет неровности, что пагубно сказывается на последующей фотолитографии и металлических межсоединениях.
Решение: Повторное оплавление стекла (Рефлоу)
Решение состоит в том, чтобы нанести слой стекла, а затем нагреть пластину до тех пор, пока стекло не размягчится, подобно меду. Сила поверхностного натяжения заставляет полужидкое стекло течь, заполняя впадины и сглаживая острые углы для создания гораздо более гладкой, более планарной поверхности.
Критическая роль легирующих примесей
Чистый $\text{SiO}_2$ имеет чрезвычайно высокую температуру размягчения (значительно выше 1400°C) — температуру, которая разрушила бы уже имеющиеся на пластине нежные транзисторы. Легирующие примеси действуют как флюсующие агенты, разрушая жесткую атомную сеть $\text{SiO}_2$ и резко снижая температуру, при которой стекло повторно оплавляется.
- Фосфосиликатное стекло (ФЛС), также известное как P-стекло, легировано только фосфором. Для эффективного течения оно требует температур выше 1000°C.
- Борофосфосиликатное стекло (БФС) легировано как бором, так и фосфором. Комбинация примесей снижает температуру повторного оплавления еще ниже, примерно до 850°C.
Понимание компромиссов
Хотя легированные оксиды необходимы, их использование вносит технологические сложности, которыми необходимо тщательно управлять.
Преимущество: Более низкий термический бюджет
Самым большим преимуществом БФС перед ФЛС является его более низкая температура повторного оплавления. Это критически важно в современном производстве, поскольку позволяет проводить пла-наризацию, не подвергая нижележащие чувствительные структуры воздействию разрушающего высокого тепла.
Проблема: Контроль концентрации легирующей примеси
Процент легирующих примесей в стекле является критическим параметром. Слишком мало примеси, и стекло не будет достаточно течь при целевой температуре. Слишком много примеси может сделать пленку нестабильной и гигроскопичной, что означает, что она легко поглощает влагу из воздуха, что может привести к образованию кислот, вызывающих коррозию металлических проводников.
Влияние химии CVD
Выбор базовой химии $\text{SiO}_2$ (например, Силан против TEOS) по-прежнему имеет значение. Оксиды на основе TEOS обычно обеспечивают лучшую конформность, то есть пленка более однородна по толщине над резкими ступенями до этапа повторного оплавления. Это приводит к более однородной конечной пла-наризованной поверхности.
Выбор правильного варианта для вашего процесса
Ваше решение почти полностью зависит от температурных ограничений вашего общего производственного потока.
- Если ваша основная задача — простота при высоком термическом бюджете (>1000°C): ФЛС — это хорошо изученный и эффективный вариант для пла-наризации в процессах, которые могут выдерживать высокие температуры.
- Если ваша основная задача — защита термочувствительных устройств (<900°C): БФС — это необходимый выбор, обеспечивающий отличную пла-наризацию при более низких температурах, требуемых для передовых интегральных схем.
- Если ваша основная задача — простая электрическая изоляция без пла-наризации: Нелегированный оксид из источника TEOS или силана проще и позволяет избежать сложностей, связанных с контролем примесей.
Понимание того, как легирующие примеси изменяют течение стекла, имеет основополагающее значение для достижения точной топографии поверхности, необходимой для надежного производства высокопроизводительных устройств.
Сводная таблица:
| Тип легирующей примеси | Источник легирующей примеси | Полученное стекло | Температура повторного оплавления | Основное применение |
|---|---|---|---|---|
| Фосфор | Фосфин ($\text{PH}_3$) | Фосфосиликатное стекло (ФЛС) | >1000°C | Процессы с высоким термическим бюджетом |
| Бор и Фосфор | Диборан ($\text{B}_2\text{H}_6$) и Фосфин ($\text{PH}_3$) | Борофосфосиликатное стекло (БФС) | ~850°C | Низкий термический бюджет, передовые ИС |
Нужны передовые CVD-решения для легированного диоксида кремния? KINTEK специализируется на высокотемпературных печных системах, включая модели CVD/PECVD, разработанные для полупроводниковых лабораторий. Благодаря нашей глубокой кастомизации и собственному производству мы обеспечиваем точный контроль для таких процессов, как осаждение ФЛС и БФС. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы повысить эффективность пла-наризации и производительность ваших устройств!
Визуальное руководство
Связанные товары
- Радиочастотная система PECVD Радиочастотное плазменное химическое осаждение из паровой фазы
- Слайд PECVD трубчатая печь с жидким газификатором PECVD машина
- Наклонная вращающаяся машина печи трубы PECVD плазмы усиленного химического осаждения
- Изготовленная на заказ универсальная печь трубки CVD химическое осаждение паров CVD оборудование машина
- Система установки с цилиндрическим резонатором MPCVD для выращивания алмазов в лаборатории
Люди также спрашивают
- Как работает плазменно-усиленное химическое осаждение из газовой фазы (PECVD)? Достижение низкотемпературного высококачественного осаждения тонких пленок
- Является ли PECVD направленным? Понимание его преимущества ненаправленного осаждения для сложных покрытий
- Каковы преимущества плазменного химического осаждения из газовой фазы (PECVD)? Достижение низкотемпературного осаждения высококачественных тонких пленок
- Как работает плазменное осаждение из паровой фазы? Низкотемпературное решение для передовых покрытий
- Каковы преимущества PECVD? Обеспечение осаждения высококачественных пленок при низких температурах
