Технология поликремниевых пленок в микросистемах

Процессы химического осаждения из паровой фазы позволяют получать поликремний в виде тонкой пленки на кремниевой подложке. Толщина пленки может составлять от нескольких десятков нанометров до нескольких микрометров. Возможны структуры с несколькими слоями поликремния. Легкость нанесения поликремния, наличие многих из свойств объемного кремния делают его чрезвычайно привлекательным материалом в поверхностной микрообработке.
Поликремний наносят путем пиролиза силана SiH4 к кремнию и водороду в реакторе LPCVD. Низкотемпературное осаждение из силана в реакторе PECVD также возможно, но приводит к аморфному кремнию. Температура осаждения в LPCVD, как правило, между 700 ° C и 550º, что влияет на структуру пленки. Ниже примерно 600 ° С тонкая пленка является полностью аморфной; выше о 630ºC, она обладает кристаллической структурой. Скорость осаждения варьируется от примерно 6 нм / мин при 620ºC до 70 нм / мин при 700 ° C. Парциальное давление и расход потока газа силана также влияют на скорость осаждения.
Вообще говоря, LPCVD поликремниевых пленок и соответствующий базовый рельеф на пластине показывают хороший шаг обхват(хорошее сцепление). В глубоких траншеях с соотношением сторон (отношением глубины к ширине) свыше 10, происходит некоторое истончение пленки на боковых стенках, но это не ограничивает использованием поликристаллического кремния для заполнения траншеи глубиной 500 мкм.
Поликремний может быть легирован в процессе осаждения легирующими примесями газов, в частности арсина или фосфина для n-типа легирования и диборана для р-типа легирования. Арсин и фосфин значительно уменьшают скорость осаждения (в 3 раза по сравнению с нелегированным поликремнием), в то время как диборан увеличивает ее. Концентрация легирующей примеси на месте легированных пленок, как правило, очень высока (~ 1020 см-3), но удельное сопротивление пленки остается в диапазоне от 1 до 10 мОм · см из-за низкой подвижности электронов и дырок.
Внутренние напряжения осажденных пленок, легированных поликремнием, могут быть большими (> 500 МПа). Кроме того, обычно существует градиент напряжения по толщине пленки, что приводит к скручиванию выпускаемых микромеханических структур. Отжиг при 900 ° или выше вызывает релаксацию напряжений с помощью структурных изменений в границах зерен и снижению стресса и градиента напряжений (<50 МПа), который как правило считается приемлемым для микромеханических структур.

Поверхностная микрообработка поликремния сочетает в себе нанесение рисунка тонких пленок поликремния (фотолитография) с чередующимися узорными слоями жертвенного диоксида кремния. Одного слоя структуры поликремния достаточно, чтобы сделать много полезных устройств и до пяти слоев поликремния и слоев оксида являются стандартным процессом.
Поликремний является полезным строительным материалом, поскольку уже существуют интегрированные процессы для его нанесения и травления его и потому, что его коэффициент теплового расширения хорошо сочетается с кремниевой подложкой.