LPCVD vs. PECVD: Temperatur, Schichtqualität, Kantenbedeckung
Beide sind CVD-Verfahren, bei denen gasförmige Ausgangsstoffe zu einer Schicht reagieren, sie unterscheiden sich aber darin, wie die Reaktionsenergie zugeführt wird. Bei LPCVD läuft die Reaktion in einem Ofen bei reduziertem Druck allein durch Wärme bei etwa 600–800 °C ab, sodass dichte, wasserstoffarme Schichten auch über Stufen gleichmäßig aufwachsen. Bei PECVD zerlegt ein Plasma die Prozessgase, sodass sich bei niedrigen Temperaturen von etwa 300–400 °C abscheiden lässt und das Verfahren auch nach der Herstellung der Leiterbahnen eingesetzt werden kann. Allerdings enthalten die Schichten viel Wasserstoff und haben eine eher geringe Dichte.
| Merkmal | LPCVD | PECVD |
|---|---|---|
| Reaktionsenergie | Nur Wärme | Ein Plasma (Hochfrequenzentladung) zerlegt und aktiviert die Prozessgase |
| Temperatur (typischer Bereich) | Etwa 600–800 °C | Etwa 300–400 °C |
| Druck (typischer Bereich) | Einige zehn bis einige hundert Pa | Etwa einige hundert Pa |
| Prozessart | Batch-Verarbeitung im Vertikalofen. 100 oder mehr Wafer werden gestapelt und gleichzeitig beschichtet | Überwiegend Einzelwaferanlagen. Die Wafer werden einzeln unter einer Showerhead-Elektrode bearbeitet |
| Schichtqualität | Dicht, Zusammensetzung nahe der Stöchiometrie. Geringe Ätzrate | Eher geringe Dichte, Zusammensetzung weicht leicht ab. Hohe Ätzrate |
| Wasserstoffgehalt (Beispiel Nitrid) | Einige % oder weniger | Etwa 10–30 % in Form von Si-H und N-H |
| Kantenbedeckung | Da oberflächenreaktionsbegrenzt, auch über Stufen nahezu gleichmäßige Dicke | Oft schlechter als bei LPCVD. Je nach Ausgangsstoffen und Bedingungen verbesserbar |
| Schichtspannung | Nitrid hat eine hohe Zugspannung von etwa 1 GPa. Dicke Schichten reißen leicht | Über das Verhältnis von Hoch- und Niederfrequenzleistung u. a. von Druck- bis Zugspannung einstellbar |
| Durchsatz | Ein Durchlauf dauert einschließlich Aufheizen und Abkühlen lange, dafür werden viele Wafer gleichzeitig bearbeitet | Hohe Abscheiderate, kurze Prozesszeit pro Wafer |
| Einsetzbare Prozessschritte | Vor der Herstellung der Leiterbahnen (solange hohe Temperaturen zulässig sind) | Auch nach der Herstellung der Leiterbahnen |
| Typische Schichten und Einsatz | Polysilizium, Nitrid für LOCOS- und STI-Masken sowie Spacer, TEOS-Oxid | Zwischenschichtdielektrika, Passivierungsschichten, Kupfer-Diffusionsbarrieren, SiON-Antireflexschichten, Hartmasken |
Die Zahlenwerte sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.