תתתתת תתתתת תתתת תתתתתתת- • םםםםםם םםםםםםם םםםםםםםם םםםםםם םםםםםם םםםםםם םםםם’ םםםם םםם םםםםםם םםםםםםםםםםם םםםםםםםם, םםם’ ם”ם.
Jan 22, 2016
שיקוע מפאזה גזית - יישומים
יישומי מבודדים ומוליכים •ליצירת חיבורי ביניים
פרופ’ יוסי שחם
המחלקה לאלקטרוניקה פיזיקלית, אונ’ ת”א.
מבודדים
תחמוצת סיליקון•
סיליקון ניטריד•
פולימרים אורגנים•
(LOW-Kמבודדים עם מקדם דיאלקטרי נמוך ) •
Crystalline forms: quartz, cristobalite, tridymite
Amorphous: silica )brand name, can be mixed(
Methods of preparation:
Deposition
Thermal oxidation
תחמוצת סיליקון
The oxygen atoms are electronegative,
and some of the silicon valence electron density
is transferred to the oxygen neighbors,
מבנה תחמוצת סיליקון
The Si-O distance is 1.61 A )0.16 nm( which is slightly smaller
than the sum of the covalent "radii" of the atoms:
Si )0.11 nm( + O)0.066 nm( = 0.18 nm
מבנה מולקולת תחמוצת סיליקון
תחמוצת סיליקון היא אמורפית
• The result of this flexibility in the bridge bonds is that SiO2 can easily form amorphous materials
• amorphous silicon dioxide will not crystallize upon annealing at normal temperatures. )process known as "Devitrification" (
The amorphous structure is tends to be very "open": even in thermally-grown oxides, channels exist through which small positive ions such as Na+ and K+ can readily migrate. These ions can move under the influence of electric fields within the gate oxides of MOS transistors, causing shifts in the voltage at which the transistor turns on )"threshold shifts"(. Exclusion of such ions is imperative for reliable operation of MOS transistors and integrated circuits.
מבנה תחמוצת סיליקון
תחמוצת סיליקון
, density = 2.0-2.3 gm/cm3
= varies widely
EBV >1E7 V/cm in thermal oxides;
Thermal conductivity = 0.01 W/cm K )bulk(
Thermal diffusivity = 0.009 cm2/sec )bulk(
CTE = 0.5 ppm/ K
n = 1.46 [thermal oxide]
r= 3.9 [thermal oxide];
note: properties of CVD oxides vary widely depending on H
ראקציות עם מים
• The first reaction has little change in enthalpy and is nearly reversible; locally strained bonds, with reduced bond energy, are particularly vulnerable to attack by water )"hydrolysis"(. Oxides containing large amounts of SiOH are more hygroscopic, and readily adsorb water molecules from the air.
• The water can migrate through the deposited materials to the gate oxide, there causing drifts in performance of transistors under bias, impairing hot electron reliability, also known as gate oxide integrity or GOI. The water molecules can, however, be consumed by the reactions with Si-H groups: this is the basis of the use of silicon-rich oxides as water getters or barriers.
תחמוצות סיליקון עם סימום
• Phosphosilicate glass (PSG) flows readily at 1000 C for 6-8 weight% P
• Borophosphosilicate glass (BPSG) can achieve a lower flow temperature: typically around 900 C for 4-5 wt.% of each dopant. )notethat 4 weight % of boron is a very large mole percentage -- around 12 at.% depending on composition-- because B atoms are so light.(
Precursors Technique Applications
SiH4, O2; PH3 andB2H6 as dopants;400-500 C
Showerhead APCVD Tube LPCVDInjector APCVD
obsoleteBPSGBPSG, PSG final passivation
TEOS, O2; TMPand TMB asdopants
Tube LPCVD )"HTO"(;
PECVD; 300 - 350 C
spacer oxides, gate oxidesandwich, isolationsandwich;BPSG ILDs cap layers forBPSG or PSG; finalpassivation
SiH4, N2O PECVD, 200-450 C cap layers and barrier layersfor spin-on glass; finalpassivation
TEOS, O3; TMPand TMB asdopants
Showerhead "SACVD",200-700 Torr, 350-500C, or injector APCVD,350-500 C
IMD sandwich; BPSG; finalpassivation; spacer oxide
שיטות לשיקוע מבודדים
SiO2 CVD from Silane +oxygen
SiO2 CVD from Silane +oxygen
SiO2 CVD from Silane +oxygen )3(
תלות קצב השיקוע
Magnetic enhancement
TEOS-Tetra Ethyle Ortho SIlicate
TEOS CVD
TEOSשיקוע תחמוצת על משטח בעזרת
TEOS - CVD )3(
TEOS +OZONE CVD
הוספת אוזון מעלה את קצב השיקוע
ריאקצית השיקוע
המאמץ בשיכבה
מולקולת אמוניה
שיקוע טיטנים ניטריד מפאזה גזית
TiN + byproducts
שיקוע טיטנים ניטריד מפאזה גזית
TiN + byproducts
Diffusion barrier comparison, )M. Mossavi et al., IITC 98(
Properties Ta - IMP TaN - IMP TiN - CVD
Resistivity 170 .cm 250 .cm 130 .cm
Stress +350 MPa +1500 MPa -750 MPa
Barrierperformance
6x1016 at/cm3 6x1017 at/cm3 1017 at/cm3
Sidewall/bottomcoverage)0.3m(
20%/40% 40%/40% 100%/100%
CMP selectivityvs. Cu
23 20 1
MOCVD TiN Precursors: Tetrakis-dimethylamino Titanium
Ternary phase diagrams
Cu Ta
N
TaN
Ta2N
TiCu Cu4Ti Cu4Ti3 CuTi CuTi2
N
TiN
Ti2N
•The lack of Ta-Cu compounds yield a broad range of compositions in equilibrium with Cu.
•Ti-rich compositions are expected to react with Cu
Wשיקוע מגע
סיליסייד Wשיקוע שער עם
Iשיקוע סלקטיבי בתוך מגע - שלב
IIשיקוע סלקטיבי בתוך מגע - שלב
Wאמינות של מגע
היווצרות - Wאמינות של מגע VOID
High K materials )I(
DRAMקבל אגירת מטען ל-
חומרים לקבלי אגירה
סיכום
כיום CVDיישומי
טונגסטן
טיטניום ניטריד, טנטלום ניטריד
נחושת ?
LOW-Kמבודדים - תחמוצת סיליקון ו-