Français
Menu

LPCVD vs PECVD : température, qualité, recouvrement et contrainte

Toutes deux sont des procédés de CVD qui forment un film en faisant réagir des précurseurs gazeux, mais l'énergie de réaction est apportée différemment. La LPCVD fait réagir les gaz dans un four sous pression réduite, par la seule chaleur, vers 600–800 °C : on obtient un film dense, pauvre en hydrogène, déposé uniformément même sur les marches. La PECVD décompose les gaz précurseurs par un plasma, ce qui permet de déposer à basse température, vers 300–400 °C, y compris dans les étapes postérieures à la formation des interconnexions. En revanche, le film contient beaucoup d'hydrogène et sa densité est plus faible.

CritèreLPCVDPECVD
Énergie de réactionChaleur seuleUn plasma (décharge haute fréquence) décompose et active les gaz précurseurs
Température (plage typique)Environ 600–800 °CEnviron 300–400 °C
Pression (plage typique)De quelques dizaines à quelques centaines de PaDe l'ordre de quelques centaines de Pa
Mode de traitementTraitement par lots en four vertical. Plus de 100 plaquettes sont alignées et traitées en une seule foisPrincipalement plaquette par plaquette. Chaque plaquette est traitée sous une électrode en pomme de douche
Qualité du filmDense, composition proche de la stœchiométrie. Vitesse de gravure faibleDensité plus faible, composition facilement décalée. Vitesse de gravure élevée
Teneur en hydrogène (exemple du nitrure)Quelques % ou moinsEnviron 10–30 % sous forme de Si-H et N-H
Recouvrement des marchesRégime limité par la réaction de surface : dépôt d'épaisseur quasi uniforme même sur les marchesSouvent inférieur à la LPCVD. Peut être amélioré selon les précurseurs et les conditions
Contrainte du filmLe nitrure présente une forte contrainte en tension d'environ 1 GPa. Les films épais se fissurent facilementRéglable de la compression à la tension, notamment par le rapport des puissances haute et basse fréquence
DébitUn cycle est long, montée et descente en température comprises, mais de nombreuses plaquettes sont traitées simultanémentVitesse de dépôt élevée, temps de traitement court par plaquette
Étapes utilisablesAvant la formation des interconnexions (étapes qui supportent les hautes températures)Utilisable même après la formation des interconnexions
Films et usages principauxPolysilicium, nitrure pour masques LOCOS ou STI et espaceurs, oxyde TEOSDiélectriques intercouches, films de passivation, barrières de diffusion du cuivre, couches antireflet en SiON, masques durs

Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.

Quand choisir l'un ou l'autre ?

LPCVD
Pour les étapes qui supportent les hautes températures, lorsque la densité, la pureté et le recouvrement des marches priment. Étapes de début de ligne où l'on fabrique les transistors : polysilicium de grille, nitrure d'isolation ou d'espaceurs, etc.
PECVD
Lorsque le substrat ne supporte pas les hautes températures. Diélectriques intercouches et films de protection après la formation des interconnexions en aluminium ou en cuivre, nitrure dont on veut régler la contrainte, etc.
Critère de choix
Le budget thermique (jusqu'à quelle température on peut monter) détermine d'abord les méthodes utilisables. On choisit ensuite en comparant la qualité de film, le recouvrement, la contrainte et la vitesse de traitement requis.

Questions fréquentes

Pourquoi la PECVD peut-elle déposer à basse température ?

Parce que les électrons de haute énergie du plasma entrent en collision avec les gaz précurseurs et les décomposent en radicaux et ions réactifs. La réaction progresse sans chauffer fortement le gaz ou la plaquette elle-même, ce qui permet de déposer vers 300–400 °C, contre 600–800 °C pour la CVD thermique.

Pourquoi ne peut-on pas utiliser la LPCVD après la formation des interconnexions ?

Parce qu'elle exige une température élevée d'environ 600–800 °C, à laquelle les interconnexions en aluminium fondent ou se déforment et les interconnexions en cuivre et les films low-k se dégradent aussi. Dans les étapes d'interconnexion, la température doit généralement être limitée à environ 400 °C ; on utilise donc la PECVD.

Quel problème pose une forte teneur en hydrogène dans un film PECVD ?

La densité du film diminue et la vitesse de gravure humide augmente. De plus, si l'hydrogène s'échappe lors d'un traitement thermique ultérieur, le film peut se contracter et sa contrainte changer. C'est pourquoi on choisit la LPCVD pour les films qui doivent être denses et purs.

Pourquoi l'épaisseur est-elle uniforme alors que la LPCVD traite de nombreuses plaquettes à la fois ?

Sous pression réduite, les molécules de gaz diffusent plus vite, si bien que la vitesse de dépôt est déterminée non par l'apport de gaz mais par la réaction en surface (régime limité par la réaction de surface). Si la température de surface est uniforme, un film de quasiment la même épaisseur se forme partout, même avec des plaquettes espacées de quelques mm.

Vérifier vos connaissances

Quel est le principal avantage du CVD assisté par plasma (PECVD) ?

  1. AIl exige une température plus élevée que le CVD thermique
  2. BLe film ne contient aucun hydrogène
  3. CIl permet de déposer à plus basse température que le CVD thermique
Afficher la réponse et l'explication

Réponse : C. Il permet de déposer à plus basse température que le CVD thermique

Le PECVD décompose et active les gaz précurseurs grâce à l'énergie des électrons du plasma, ce qui permet de déposer vers 300 à 400 ℃, contre environ 600 à 800 ℃ pour le CVD thermique, qui ne fait réagir que par la chaleur. Il sert au dépôt des diélectriques intercouches et des films de protection dans les étapes où une haute température est exclue, par exemple après la formation des interconnexions en aluminium ou en cuivre. En revanche, l'hydrogène issu des précurseurs s'incorpore facilement au film, dont la qualité tend à être inférieure à celle du CVD thermique.

Quelle caractéristique du CVD à basse pression (LPCVD) est correcte ?

  1. ARéalisé sous pression réduite, il offre une bonne uniformité d'épaisseur et traite de nombreuses plaquettes à la fois
  2. BRéalisé à pression atmosphérique, son équipement est le plus simple
  3. CUtilisant un plasma, il dépose à température ambiante
Afficher la réponse et l'explication

Réponse : A. Réalisé sous pression réduite, il offre une bonne uniformité d'épaisseur et traite de nombreuses plaquettes à la fois

Le LPCVD est un CVD thermique réalisé sous pression réduite, de quelques dizaines à quelques centaines de Pa. La diffusion des molécules de gaz y est rapide et la vitesse de dépôt est déterminée par la réaction de surface (régime limité par la réaction de surface) : on obtient un film uniforme même avec plus de 100 plaquettes dressées à quelques mm d'intervalle. Sa couverture de marche est également bonne ; il sert au dépôt du polysilicium, du nitrure de silicium et de l'oxyde TEOS. Sa température, d'environ 600 à 800 ℃, est élevée et exclut son emploi après la formation des interconnexions.

À matériau égal, en quoi un film de CVD thermique à haute température est-il généralement supérieur à un film PECVD ?

  1. ASa température de dépôt est plus basse
  2. BSa vitesse de dépôt est toujours plus élevée
  3. CIl est dense et contient peu d'impuretés comme l'hydrogène
Afficher la réponse et l'explication

Réponse : C. Il est dense et contient peu d'impuretés comme l'hydrogène

En CVD thermique à haute température, les précurseurs réagissent complètement et forment un film dense, contenant peu d'impuretés comme l'hydrogène issu des précurseurs, de composition proche de la stœchiométrie. Par exemple, l'hydrogène d'un nitrure LPCVD est inférieur à quelques %, alors qu'un nitrure PECVD peut en contenir autour de 20 %. Le PECVD dépose à basse température, mais son film est moins dense et se grave plus vite ; on choisit selon les contraintes de température de l'étape et la qualité de film requise.

  1. Quelle caractéristique du nitrure de silicium déposé par PECVD est correcte ?
  2. Quelle méthode permet d'ajuster la contrainte d'un nitrure de silicium PECVD de la compression à la traction ?
  3. Quelle condition améliore la couverture de marche (conformité) en CVD ?

Questions d'entraînement sur Dépôt (CVD et PVD)

Termes clés expliqués

LPCVD (CVD basse pression)
CVD thermique réalisée sous pression réduite. La diffusion plus rapide des molécules gazeuses donne une bonne uniformité d'épaisseur et une bonne couverture de marche, et de nombreuses plaquettes peuvent être traitées à la fois dans un four vertical. Utilisée pour le polysilicium et le nitrure.
PECVD (CVD assistée par plasma)
CVD dans laquelle un plasma décompose les gaz précurseurs pour déposer un film. Permet un dépôt à plus basse température que la CVD thermique ; utilisée pour les isolants des interconnexions.
Couverture de marche (step coverage)
Indicateur de l'uniformité d'épaisseur du film déposé sur les flancs et le fond de marches ou de trous, par rapport aux surfaces planes. Excellente avec l'ALD.
CVD
Dépôt chimique en phase vapeur. Méthode de dépôt d'un film mince sur la plaquette par réaction chimique de gaz précurseurs.
Couche de passivation
Film formé sur la couche supérieure de la puce pour protéger les circuits de l'humidité, de la contamination et des rayures. On utilise le nitrure de silicium, le polyimide, etc.

Comparatifs associés