Borphosphorsilicatglas
Borphosphorsilicatglas ist ein mit je 3 bis 5 % Bor und Phosphor dotiertes Silicat-Glas, das in der Halbleitertechnik unter anderem zur Planarisierung der Oberfläche eingesetzt wird.
Anwendung in der Halbleitertechnik
Bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden durch die Abscheidung und Strukturierung von verschiedenen Materialien Höhenunterschiede und steile Flanken erzeugt. Diese beeinflussen aufgrund der geringen Schärfentiefe der Fotolithografieanlagen nachfolgende fotolithografische Prozesse negativ. Daher ist es notwendig diese Höhenunterschiede und Flankenwinkel zu reduzieren. Hier für wurden im Laufe der Geschichte der Halbleitertechnik unterschiedliche Verfahren entwickelt.
Das Verfahren der Planarisierung durch Aufschmelzen (Reflow-Technik) von dotierten Silicatgläser kam bis ungefähr Mitte der 1990er-Jahre vor allem in der ersten Metallisierungsebene[1] zum Einsatz. Dabei wird mittels chemischer Gasphasenabscheidung (beispielsweise LPCVD bei 400 °C) eine dotierte Siliziumdioxidschicht auf der strukturierten Oberfläche abgeschieden. Nach der Abscheidung wird die beschichtete Oberfläche bei hohen Temperaturen in einem Diffusionsofen aufgeschmolzen, die Silicatschicht zerfließt und bildet eine planarisierte Oberfläche. Um eine unerwünschte Diffusion der Fremdatome in das Silizium zu verhindern, wird vor der dotierten Silicatglasschicht eine undotierte Siliciumoxidschicht abgeschieden, die als Diffusionsbarriere wirkt.[2]
Dotierte Silicatgläser werden verwendet, da sich durch die Beimischung der Schmelzpunkt von reinem Siliziumdioxid (1200 °C) deutlich absenken und somit die thermische Belastung des Substrats verringern lässt. Dies ist wichtig, da bei Temperaturen um 1000 °C die Dotieratome in Silizium deutlich diffundieren, sich somit die notwendigen flachen Dotierprofile verschieben und die elektrischen Eigenschaften der Transistoren verändern.[1] Die Schmelzpunktverringerung wird möglich, da sich die Fremdatome sich in das Silicatnetzwerk einfügen, aber im Gegensatz zu Silicium nur zu drei statt vier Bindungen zu Sauerstoffatomen aufbauen können und so ein weniger starr gebundenes Netzwerk bilden.[2]
Zunächst wurde daher ein Phosphorsilikatglas (PSG) mit einem Anteil von bis zu 8 % Phosphor eingesetzt. Damit kann eine Schmelzpunktverringerung auf bis zu 950 °C erreicht werden. Der Phosphoranteil kann weiter erhöht werden, da PSG dann stark hygroskopisch wird und der Phosphor zusammen mit Feuchtigkeit korrosive Phosphorsäure bilden kann. Durch eine zusätzliche Bordotierung kann der Schmelzpunkt des entstehenden Borphosphorsilicatglases auf unter 900 °C gesenkt werden. Der maximale Boranteil beträgt jedoch auch hier ca. 4 %, da sich ansonsten Borsäure bilden kann.[2]
Mit der Einführung der chemisch-mechanischen Planarisieren (CMP) hat die Planarisierung mittels Silicatglasverflüssigung an Bedeutung verloren und wird in modernen Fertigungsprozessen nicht mehr eingesetzt.
Einzelnachweise
- Dietrich Widmann, Hermann Mader, Hans Friedrich: Technologie hochintegrierter Schaltungen. Springer, 1996, ISBN 3-642-61415-9, S. 71.
- Jan Albers: Grundlagen integrierter Schaltungen: Bauelemente und Mikrostrukturierung. Hanser, 2007, ISBN 978-3-446-40686-5, S. 190.