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.
Japanse benaming: PECVD(プラズマCVD)
“PECVD (plasma-enhanced CVD)” komt voor in 1 oefenvragen uit 1 onderwerpen, bijv. Laagafzetting (CVD, PVD).
Vakgebied: Laagafzetting (CVD, PVD)
Bij plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) onderhoudt RF-vermogen een glimontlading tussen een showerhead-elektrode en de verwarmde wafertafel. Energierijke plasma-elektronen breken precursormoleculen op in reactieve radicalen en ionen, terwijl het gas en de wafer relatief koel blijven, zodat lagen groeien bij ongeveer 300–400 °C in plaats van de 600–800 °C die gebruikelijk is bij thermische CVD. Daardoor is PECVD bruikbaar nadat er al aluminium- of koperbedrading is aangebracht, wanneer hoge temperaturen verboden zijn. De showerhead, waarvan de vele kleine gaatjes het gas gelijkmatig over de wafer verdelen, doet in de meeste single-wafer-PECVD-kamers ook dienst als bovenelektrode.
Siliciumoxide wordt gewoonlijk afgezet uit silaan met distikstofoxide (N2O) als mild oxidatiemiddel, of uit TEOS met zuurstof. Siliciumnitride komt uit silaan en ammoniak, en door de gasmix aan te passen ontstaat oxynitride (SiON), waarvan de instelbare brekingsindex geschikt is voor antireflectielagen voor lithografie. Low-k-diëlektrica van koolstofgedoteerd oxide (SiOC), met een relatieve permittiviteit rond 2,7–3,0 tegenover ongeveer 3,9 voor SiO2, worden grotendeels met PECVD gemaakt. PECVD-nitride dient ook als eindpassivering van de chip en als afdeklaag en diffusiebarrière over koperlijnen.
Een lage temperatuur heeft een prijs. Precursors reageren onvolledig, dus PECVD-lagen houden waterstof vast in de vorm van Si-H- en N-H-bindingen: PECVD-nitride kan ongeveer 10–30% waterstof bevatten, tegenover enkele procenten voor nitride uit low-pressure CVD (LPCVD), en is niet-stoichiometrisch, vaak geschreven als SiNx. Zulke lagen zijn minder dicht en etsen sneller in natte chemicaliën. De conformiteit in smalle openingen is over het algemeen ook slechter dan bij LPCVD. Engineers gebruiken daarom thermische CVD waar het thermische budget dat toelaat en reserveren PECVD voor stappen waarin de temperatuur, niet de perfectie van de laag, de bepalende beperking is.
Veel PECVD-tools leggen een hoge frequentie (13,56 MHz) en een lage frequentie (honderden kHz) aan. Zware ionen kunnen het langzame veld volgen en de groeiende laag bombarderen, wat haar verdicht en richting drukspanning duwt. Door de verhouding tussen hoog- en laagfrequent vermogen, de gassamenstelling en de temperatuur te veranderen, is de spanning in nitride in te stellen van ruwweg −3 GPa (druk) tot +1,5 GPa (trek). Deze beheersing wordt gebruikt voor stress-liners die het kanaal vervormen om de mobiliteit van transistors te verhogen, en om de doorbuiging van de wafer bij dikke laagstapels binnen de grenzen te houden.
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.
Energierijke plasma-elektronen leveren de energie om de bindingen van de precursors te breken, in plaats van de warmte van de wafer. De wafer kan daardoor rond 300–400 °C blijven, wat veilig is voor afgewerkte metalen interconnects.
LPCVD-nitride wordt heet afgezet en is dicht en bijna stoichiometrisch, met weinig waterstof. PECVD-nitride wordt bij lage temperatuur afgezet, bevat ruwweg 10–30% waterstof, etst sneller en wordt gebruikt waar het thermische budget beperkt is, zoals bij passivering.
Vooral via de verhouding tussen laagfrequent en hoogfrequent RF-vermogen, die bepaalt hoe sterk ionen de laag bombarderen, samen met de gasmix en de temperatuur. Meer ionenbombardement maakt de laag over het algemeen meer compressief.
Plasma CVD Numerieke apertuur (NA) ALD (atomic layer deposition) Elektrolytisch plateren (ECP) Elektrostatische chuck (ESC) Gebiedsselectieve depositie (area-selective deposition) HDP-CVD (high-density plasma CVD) LPCVD (low-pressure CVD) Magnetronsputteren