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Center of MicroNanoTechnology CMi

Four CENTROTHERM
Tube 3-1 : LPCVD LTO

Table des matières

  1. Introduction
  2. Principe Physique
  3. Capacité de l’équipement
  4. Restriction d'accès
  5. Caractéristiques techniques
  6. Informations

Tube LTO
Tube LPCVD Low Temperature Oxide

I. Introduction Haut CMI

Le tube 3-1 est dédié aux dépôts de couche d'oxyde de silicium par LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) à basse température (LTO : Low Temperature Oxide).

L'oxyde de silicium LTO est utilisé communément dans les procédés VLSI (Very Large Scale Integration) comme:

Fortement dopé au Phosphore (PSG : Phospho-Silicate Glass), ou au Bore et Phosphore (BPSG: Boro-Phospho-Silicate Glass) , il est utilisé comme:

L'oxyde de silicium SiO2 LTO non dopé ou dopé (PSG, BPSG) est aussi utilisé comme matériau "sacrificiel" pour les microsystèmes. Sa vitesse de gravure dans le BHF et HF est beaucoup plus grande que celle de l'oxyde thermique.

Selon les conditions de dépôt, les oxydes de silicium obtenus par LPCVD ont des densités et des stœchiométries différentes de celles des oxydes thermiques. Ceci se traduit par des propriétés différentes du film, tels l'indice de réfraction, la vitesse de gravure dans le HF ou BOE (Buffered Oxide Etch), les contraintes internes, les constantes diélectriques, la tension de claquage.

Un traitement thermique à plus haute température après dépôt - appelé étape de densification - modifie les propriétés des films LPCVD les rendant plus proche de celles de l'oxyde thermique.

L'écart de l'indice de réfraction d'une couche par rapport à celui de l'oxyde thermique (1,46) est un indicateur de la qualité de la couche. Un indice de réfraction supérieur à 1,46 indique que la couche est enrichie en silicium. Un indice inférieur indique que la couche est poreuse et de faible densité.

Le fluage du PSG n'est effectif que si la concentration massique en phosphore est supérieure ou égale à 6%. A forte concentration en phosphore, le PSG devient hygroscopique, c'est à dire absorbe l'humidité de l'air. La concentration massique du phosphore dans le PSG doit être comprise entre 6% et 8%. L'étape de fluage est faite à 1000°C-1050°C sous N2, O2 ou H2O.

Le BPSG flue à plus basse température qui peut descendre à 700°C. A forte concentration en bore, le BPSG devient instable et hygroscopique, c'est à dire absorbe l'humidité de l'air. La concentration massique du bore dans le BPSG doit être inférieure à 5%. Pour des concentrations massiques supérieures à 5%, le fluage doit être effectué immédiatement après le dépôt.

Si le PSG est utilisé comme couche finale de passivation (sur laquelle aucun fluage n'est réalisé), la concentration massique en phosphore maximale autorisée est de 6% afin de préserver les contacts en aluminium de la corrosion due à la formation d'acide phosphorique.

II. Principe Physique Haut CMI

L'oxyde de silicium LTO est déposé par la réaction chimique du silane (SiH4) avec l'oxygène dans la gamme de température allant de 400°C à 450°C.

3-1_f1

Dopage : Le triméthylborate (TMB) et la phosphine (PH3) sont utilisés pour les dépôts de couches PSG et BPSG. Ils réagissent avec l'oxygène pour donner respectivement un oxyde de bore ou de phosphore se combinant ensuite avec les atomes de silicium.

TMB : Tri-Méthyl-Borate ou B(OCH3)3

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La pression de vapeur du TMB est de 130 mbar ( ~100 Torr) à 20°C.

 

PH3 : Phosphine

3-1_f3

Pour des raisons de sécurité, la phosphine est en faite combinée avec le silane (SiH4) à raison de 20% : PH3 (20%)/SiH4.

La phosphine est un gaz mortel à quelques ppm (parties par million). La Valeur Limite d'Exposition (VLE) est de 0,3 ppm. La phosphine et le silane brûlent au contact de l'oxygène de l'air pour former du PSG moins toxique.

Les oxydes de Bore et de Phosphore se combinent avec l'oxyde de silicium pour former le BPSG (B2O3-P2O5-SiO2).

La réaction du Silane (SiH4) et de l'oxygène (O2) se produit en phase gazeuse. Ensuite, le produit de la réaction (SiO2) se dépose sur les surfaces (plaques et nacelle). Dans ce cas, la croissance de la couche est réalisée en deux étapes, contrairement aux dépôts LPCVD de nitrure de silicium ou de polysilicium pour lesquels la croissance de couche se fait en une seule étape : la réaction chimique se fait principalement à la surface de la plaque.

La vitesse de dépôt de l'oxyde de silicium LTO n'est pas très sensible à la température. La vitesse de dépôt sur une surface élémentaire d'une plaque dépend fortement du volume de gaz qui lui est disponible. L'uniformité d'épaisseur sur une plaque et sur le lot dépend donc fortement de la géométrie du tube et de la nacelle. Pour obtenir une bonne uniformité, un couvercle sur la nacelle est indispensable. De même l'espacement entre les plaques est un paramètre critique.

III. Capacité de l’équipement Haut CMI

IV. Restrictions d'accès Haut CMI

V. Caractéristiques techniques Haut CMI

Température.

Gaz de procédé.

Gaz de purge.

  • Azote (N2). Débit maximum : 3000 sccm.
  • Pression.

  • La pression peut être contrôlée par un asservissement de la vanne papillon, si les valeurs de débit de gaz sont compatibles, dans une gamme de valeur allant de 50 mTorr à 1000 mTorr. La plupart des dépôts sont réalisés à une pression comprise entre 90 mTorr et 250 mTorr.
  • 3-1_schema
    Schéma de principe du tube LTO

    VI. Informations Haut CMI

    Bibliographie :