Beim LPCVD-Verfahren (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) für Siliciumnitrid wird eine hochwertige, dichte und amorphe Siliciumnitridschicht auf einem Substrat abgeschieden. Dieses Verfahren ist in der Halbleiterherstellung für verschiedene Anwendungen von entscheidender Bedeutung, insbesondere für die Herstellung von Masken und dielektrischen Schichten.
Zusammenfassung des Prozesses:
Beim LPCVD-Verfahren für Siliziumnitrid werden in der Regel Dichlorsilan (DCS) und Ammoniak als Vorstufengase verwendet. Diese Gase reagieren in einer Niederdruck- und Hochtemperaturumgebung und bilden eine feste Siliziumnitridschicht auf dem Substrat. Bei der Reaktion entstehen auch Salzsäure und Wasserstoff als Nebenprodukte. Die Abscheidung erfolgt bei Temperaturen von 700 bis 800 °C in einem Heißwand-LPCVD-Reaktor.
-
Ausführliche Erläuterung:
- Auswahl des Vorläufergases:
-
Die Wahl von Dichlorsilan und Ammoniak als Vorstufengase ist von entscheidender Bedeutung, da sie unter den Bedingungen der LPCVD unter Bildung von Siliciumnitrid reagieren. Dichlorsilan (SiH2Cl2) liefert die Siliziumquelle, während Ammoniak (NH3) den Stickstoff liefert.
- Reaktionsbedingungen:
-
Die Reaktion findet in einer Niederdruckumgebung statt, in der Regel bei 0,1 bis 1 Torr, was eine gleichmäßige Abscheidung auf dem Substrat erleichtert. Die hohe Temperatur (700-800 °C) gewährleistet die vollständige Reaktion der Vorläufergase und fördert die Bildung einer dichten und gleichmäßigen Siliciumnitridschicht.
- Mechanismus der Abscheidung:
- Im Reaktor strömen die Vorläufergase über das erhitzte Substrat, wo sie sich thermisch zersetzen und zu Siliziumnitrid (Si3N4) reagieren. Die Reaktion lässt sich wie folgt zusammenfassen:
-
[ 3SiH2Cl2 + 4NH3 - Si3N4 + 6HCl + 6H2 ]
- Die Salzsäure und der Wasserstoff werden als Abgase entfernt, wobei eine reine Siliziumnitridschicht auf dem Substrat zurückbleibt.
- Anwendungen und Eigenschaften:
-
Die durch LPCVD erzeugte Siliciumnitridschicht ist amorph, dicht und chemisch stabil, was sie für verschiedene Anwendungen in der Halbleiterherstellung ideal macht. Sie dient als Maske für die selektive Oxidation von Silizium (LOCOS), als Hartmaske für die Isolierung flacher Gräben und als dielektrische Schicht in Kondensatoren (z. B. in DRAMs).
- Die Schicht weist in der Regel eine hohe Zugspannung auf, die je nach den spezifischen Anforderungen der Anwendung angepasst werden kann.
Herausforderungen und Kontrolle:
Das Verfahren erfordert eine sorgfältige Kontrolle von Temperatur, Druck und Gasdurchsatz, um eine gleichmäßige Abscheidung zu gewährleisten und Defekte zu vermeiden. In einem Heißwandreaktor müssen Verarmungseffekte kompensiert werden, um eine gleichmäßige Schichtqualität über das gesamte Substrat zu gewährleisten.
