¿Por qué Polysilicon a menudo se deposita con LPCVD?

Formas de silicio

En los procesos de semiconductores y MEMS, el silicio viene en tres formas, monocristalina, policristalina y amorfa. Para distinguir estos tres, el enfoque principal está en la estructura de la red: la disposición de la red de silicio monocristalina es ordenada de largo alcance, ordenada de corto alcance; La disposición de la red de polisilicio es desordenado a largo plazo y ordenado de corto alcance. El silicio amorfo es desordenado a largo plazo, desordenado de corto alcance. El análisis de XRD se puede utilizar para distinguir rápidamente la morfología del silicio, y una espiga es monocristalina, múltiples picos son policristalinos y el alcance de Mantou es amorfo. El silicio amorfo y policristalino se puede convertir en 580 grados, mientras que el silicio monocristalino es difícil de convertir a polisilicio o silicio amorfo.

Figura Diagrama esquemático de las tres redes morfológicas de silicio

Cómo se deposita el silicio

Los métodos de deposición de silicio incluyen deposición física de vapor y deposición de vapor químico, pero en el flujo de proceso real de semiconductores y MEMS, se utilizan casi todos los métodos de deposición de vapor químico. Las películas delgadas de silicio monocristalinas se preparan principalmente mediante MOCVD (deposición de vapor químico de óxido de metal) para preparar capas epitaxiales; Debido al proceso de baja temperatura, el silicio amorfo a menudo usa PECVD (deposición de vapor químico mejorado por plasma); Polysilicon puede usar PECVD, APCVD (deposición de vapor químico atmosférico) y LPCVD (deposición de vapor químico de baja presión) y PECVD requiere un paso de recocido para convertir amorfeo a policristalino.

Tabla: ventajas y desventajas de diferentes depósitos de vapor químico

0010-20351 6 pulgada Módulo de lámpara Degas 350C PVD

LPCVD Depósitos Polysilicon

El tubo de horno LPCVD en la línea de proceso es un gran horno horizontal con una temperatura interna de 580 C a 650 C y una presión de aire de 100 a 400 mtorr. La fuente de gases más utilizada es el silano (SiH4), que se descompone térmicamente a una temperatura cierta para formar silicio. Para un proceso LPCVD típico (por ejemplo, 200MTORR), la temperatura de transición amorfa a la policristalina es de aproximadamente 580 grados, más allá del cual se depositan las películas delgadas de polisilicio. Con 625 grados, los granos son grandes y columnares, y la orientación es predominantemente silicio (110); Entre 650 grados y 700 grados, la orientación cristalina (100) predomina. La resistividad de Polisilicón sin dopar es muy alta, generalmente en el rango de 106 ~ 108Ω · cm. Hay dos formas de reducir la resistividad del polisilicio, la difusión de la fuente de estado sólido y la implantación de iones, y el dopaje de dosis alta conocida, y la resistencia cuadrada de las películas conductoras de polisilicio es inferior a 10 Ω\/□.

Figura Diagrama esquemático del horno LPCVD

Módulo de lámpara 0010-20317 8 "

La principal ventaja de usar LPCVD para depositar Polysilicon es que puede obtener una capa de película de alta calidad que sea densa, baja estrés, tiene una buena cobertura de pasos y tiene una buena uniformidad en chip y fuera de la hoja. En la actualidad, las características materiales de LPCVD Polisilicon en la industria son de aproximadamente 150 GPa Young's Modulus, aproximadamente 1.2 resistencia a la tracción GPA, y el estrés residual puede ser de ± 50 MPa. El estrés de la capa de polisilicio depende de la temperatura, independientemente de la presión de deposición, cuando la temperatura es inferior a 580 grados, el estrés es el estrés por compresión. Con 600 grados, el estrés es de alto o alto estrés por tracción, pero a la temperatura de deposición es de 620 grados, se transforma significativamente en estrés por compresión. Al mismo tiempo, LPCVD se puede usar en lotes, y los hornos de LPCVD comerciales pueden contener hasta 100 obleas a la vez.

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, y una tasa de deposición de 1 μm\/min. Dado que la alta temperatura de APCVD separa el polisilicón de la capa SIO2 subyacente, generalmente es necesario depositar una capa de polisilicio por debajo de 100 nanómetros con LPCVD como una capa de tampón (capa de semilla).