Bei der chemischen Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LPCVD) von Siliciumnitrid wird eine hochwertige, dichte und amorphe Siliciumnitridschicht auf ein Substrat aufgebracht.
Dieses Verfahren ist in der Halbleiterherstellung für verschiedene Anwendungen von entscheidender Bedeutung, insbesondere für die Herstellung von Masken und dielektrischen Schichten.
Was ist der LPCVD-Prozess für Siliziumnitrid? Die 5 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Auswahl des Precursor-Gases
Die Wahl von Dichlorsilan und Ammoniak als Vorstufengase ist entscheidend, da sie unter den Bedingungen der LPCVD zur Bildung von Siliciumnitrid reagieren.
Dichlorsilan (SiH2Cl2) liefert die Siliziumquelle, während Ammoniak (NH3) den Stickstoff liefert.
2. Reaktionsbedingungen
Die Reaktion erfolgt in einer Niederdruckumgebung, in der Regel bei 0,1 bis 1 Torr, was eine gleichmäßige Abscheidung auf dem Substrat ermöglicht.
Die hohe Temperatur (700-800°C) gewährleistet die vollständige Reaktion der Vorläufergase und fördert die Bildung einer dichten und gleichmäßigen Siliziumnitridschicht.
3. 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.
4. Anwendungen und Eigenschaften
Die durch LPCVD erzeugte Siliciumnitridschicht ist amorph, dicht und chemisch stabil und damit ideal für verschiedene Anwendungen in der Halbleiterherstellung.
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.
5. 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 auf dem Substrat zu gewährleisten.
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