Nederlands
Menu

CVD versus PVD: depositiemethoden voor dunne films vergeleken

Beide zijn methoden om dunne films op de wafer te maken. Bij chemische dampdepositie (CVD) reageren gassen op het waferoppervlak tot een film. Bij fysische dampdepositie (PVD), waarvan sputteren het bekendste voorbeeld is, worden atomen uit een vast target geslagen en zonder chemische reactie op de wafer afgezet. Voor isolatiefilms en voor het gelijkmatig bedekken van diepe structuren wordt meestal CVD gekozen, voor metaalfilms PVD.

KenmerkCVDPVD (sputteren)
PrincipeBrongassen reageren chemisch op het verwarmde of door plasma geactiveerde waferoppervlakAtomen worden fysiek uit een vast target geslagen (bijvoorbeeld door argonionen) en condenseren op de wafer
Belangrijkste materialenSiliciumoxide, siliciumnitride, polysilicium, wolfraam, low-k-diëlektricaMetalen zoals aluminium, titanium, titaniumnitride en tantaal, en koperen seedlagen
Stap-bedekkingGoed. Vooral goed bij LPCVD. ALD is nog beterDe deeltjes gaan rechtdoor, dus diepe trenches en gaten zijn moeilijk te bedekken (verbeterd met geïoniseerde PVD)
TemperatuurHoger. LPCVD ongeveer 600 tot 800 °C, plasma-CVD ongeveer 200 tot 400 °CLager. Van kamertemperatuur tot enkele honderden graden
Zuiverheid van de filmWaterstof, koolstof of chloor uit de bronmaterialen kan achterblijvenHoog. Bepaald door de zuiverheid van het target
OmgevingAtmosferische tot lage druk. Gebruikt reactieve gassenHoogvacuüm met plasma van een inert gas
GevarenGiftige, brandbare of corrosieve gassen (silaan, WF6 enzovoort) vereisen zorgvuldige behandeling en afgasbehandelingWeinig gevaarlijke chemicaliën, maar hoogvacuüm- en plasmaapparatuur wordt gebruikt
Belangrijkste toepassingenTussenlaagdiëlektrica, spacers, polysilicium gates, wolfraamplugsBarrière- en seedlagen voor koperen interconnects, aluminium pads, contactmetalen

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

CVD
Wanneer een isolatiefilm nodig is of wanneer een vorm met steile randen gelijkmatig moet worden bedekt.
PVD
Wanneer bij lage temperatuur een zuivere metaalfilm nodig is, bijvoorbeeld een seedlaag voor koperplating.
Combinatie
Chips gebruiken beide. CVD maakt de isolatielagen en PVD brengt een dunne metalen liner aan voordat gaten en trenches worden gevuld.

Veelgestelde vragen

Wat is het belangrijkste verschil tussen CVD en PVD?

Bij CVD reageren gassen chemisch op de wafer tot een film. Bij PVD, zoals sputteren, worden atomen fysiek uit een vast target geslagen en op de wafer afgezet.

Waarom is CVD goed in het bedekken van steile randen?

Gasmoleculen kunnen tot diep in trenches en gaten doordringen en overal op het oppervlak reageren. PVD zet rechtdoor af, waardoor diepe, smalle structuren moeilijk te bedekken zijn.

Welke methode wordt gebruikt voor metalen interconnects?

Beide. PVD wordt gebruikt voor barrièrelagen, seedlagen en aluminium pads, en CVD voor wolfraamplugs. Koper wordt met elektroplating gevuld op een PVD-seedlaag.

Wat is PECVD?

Plasma-enhanced CVD, waarbij een plasma de gassen activeert zodat de depositie bij lagere temperatuur (ongeveer 200 tot 400 °C) kan plaatsvinden.

Test uw begrip

In welke categorie valt het afzetten van lagen door sputteren?

  1. APVD (physical vapor deposition)
  2. BCVD (chemical vapor deposition)
  3. CThermische oxidatie
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. PVD (physical vapor deposition)

Bij sputteren worden ionen uit een plasma, bijvoorbeeld van argon, met enkele honderden volt versneld en botsen ze op het target; de atomen die door de overgedragen impuls worden losgeslagen, worden op de wafer afgezet. Omdat het een fysisch verschijnsel zonder chemische reactie is, wordt het ingedeeld bij PVD. Het wordt gebruikt voor het aanbrengen van metaalbedrading, barrièremetalen (zoals Ta en TiN), seedlagen van Cu en elektroden. CVD berust op een chemische reactie van brongassen en thermische oxidatie is de oxidatie van het silicium zelf.

Wat is het belangrijkste voordeel van plasma-CVD (PECVD)?

  1. AEr is een hogere temperatuur nodig dan bij thermische CVD
  2. BDe laag bevat helemaal geen waterstof
  3. CLagen kunnen bij een lagere temperatuur worden afgezet dan bij thermische CVD
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Lagen kunnen bij een lagere temperatuur worden afgezet dan bij thermische CVD

Bij plasma-CVD worden de brongassen ontleed en geactiveerd door de energie van elektronen in het plasma, zodat afzetting mogelijk is bij circa 300 tot 400 °C, lager dan bij thermische CVD (circa 600 tot 800 °C) waarbij de reactie alleen door warmte verloopt. Het wordt gebruikt voor tussenlaag-diëlektrica en beschermlagen in processtappen waar geen hoge temperatuur mogelijk is, zoals na de vorming van aluminium- of koperbedrading. Daar staat tegenover dat de laag gemakkelijk waterstof uit het brongas bevat en dat de laagkwaliteit de neiging heeft slechter te zijn dan bij thermische CVD.

Welke uitspraak over lagedruk-CVD (LPCVD) is juist?

  1. ADoordat onder lage druk wordt gewerkt, is de uniformiteit van de laagdikte goed en kunnen veel wafers tegelijk worden verwerkt
  2. BDoordat bij atmosferische druk wordt gewerkt, is de apparatuur het eenvoudigst
  3. CDoordat plasma wordt gebruikt, kan bij kamertemperatuur worden afgezet
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Doordat onder lage druk wordt gewerkt, is de uniformiteit van de laagdikte goed en kunnen veel wafers tegelijk worden verwerkt

LPCVD is thermische CVD bij een verlaagde druk van enkele tientallen tot enkele honderden Pa. Bij lage druk diffunderen de gasmoleculen sneller en wordt de depositiesnelheid bepaald door de oppervlaktereactie (oppervlaktereactiegelimiteerd), zodat ook wanneer meer dan 100 wafers rechtop op enkele mm afstand worden geplaatst een gelijkmatige laag wordt verkregen. De stapdekking is ook goed, en het wordt gebruikt voor polysilicium, siliciumnitride en TEOS-oxide. De temperatuur van circa 600 tot 800 °C is hoog, zodat het na de vorming van bedrading niet kan worden toegepast.

  1. Wat is het belangrijkste doel van het plaatsen van een magneet achter het target bij magnetronsputteren?
  2. Welke uitspraak over stapdekking (step coverage) bij depositie is juist?
  3. Welke omstandigheden geven bij CVD een goede stapdekking (conformaliteit)?

Oefenvragen over Laagafzetting (CVD, PVD)

Belangrijke termen uitgelegd

CVD
Chemical vapor deposition (chemische dampafzetting). Methode om een dunne laag op de wafer af te zetten via een chemische reactie van brongassen.
Sputteren
Soort PVD waarbij ionen uit een plasma op een target botsen en de losgeslagen atomen zich op de wafer afzetten.
PECVD (plasma-enhanced CVD)
CVD waarbij het brongas door plasma wordt ontleed om een film af te zetten. Kan bij een lagere temperatuur dan thermische CVD en wordt gebruikt voor onder meer isolatiefilms in het metallisatieproces.
LPCVD (low-pressure CVD)
Thermische CVD onder verlaagde druk. Doordat gasmoleculen sneller diffunderen zijn de uniformiteit van de laagdikte en de stapbedekking goed, en in een verticale oven kunnen veel wafers tegelijk worden verwerkt. Wordt gebruikt voor het afzetten van polysilicium en nitridefilms.
ALD (atomic layer deposition)
Atoomlaagdepositie. Depositiemethode waarbij zelflimiterende oppervlaktereacties van precursorgassen worden herhaald, zodat de laagdikte per atoomlaag wordt geregeld.

Verwante vergelijkingen