Die Abscheidung von Polysilicium durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ist ein wichtiger Prozess in der Halbleiterindustrie. Es beinhaltet die thermische Zersetzung von Silan (SiH4) oder Trichlorsilan (SiHCl3) bei hohen Temperaturen, um polykristallines Silizium zu bilden.
5 Schlüsselschritte im Polysilizium-Abscheidungsprozess
1. Reaktanten und Reaktionen
Die für die Abscheidung von Polysilicium hauptsächlich verwendeten Reaktanten sind Silan (SiH4) und Trichlorsilan (SiHCl3).
Die beteiligten chemischen Reaktionen sind:
- SiHCl3 → Si + Cl2 + HCl
- SiH4 → Si + 2 H2
Diese Reaktionen sind exotherm und führen zur Abscheidung von Silicium auf einem Substrat. Dabei werden Nebenprodukte wie Chlorwasserstoff (HCl), Chlor (Cl2) und Wasserstoff (H2) freigesetzt.
2. Abscheidungsbedingungen
Das Verfahren wird in der Regel in Niederdruckanlagen für die chemische Gasphasenabscheidung (LPCVD) durchgeführt.
Diese Systeme arbeiten mit niedrigeren Drücken als die CVD-Anlagen mit Atmosphärendruck, wodurch die Gleichmäßigkeit und Konformität der abgeschiedenen Schicht verbessert wird.
Der typische Temperaturbereich für die Abscheidung von Polysilicium liegt zwischen 600 und 650 °C. Diese Temperatur reicht aus, um das Silan oder Trichlorsilan zu zersetzen, ohne das Substrat oder andere bereits abgeschiedene Schichten wesentlich zu beschädigen.
3. Wachstumsrate und Kontrolle
Die Wachstumsrate von Polysilizium im CVD-Verfahren kann durch die Einstellung der Prozessparameter wie Temperatur, Druck und Durchflussmenge der Vorstufengase gesteuert werden.
Bei einem alternativen Verfahren wird eine Lösung auf Wasserstoffbasis verwendet, die die Wachstumsrate verringert, aber eine Erhöhung der Temperatur auf 850 oder sogar 1050 °C erforderlich macht, um die Abscheidungseffizienz zu erhalten.
4. Dotierung
Polysilicium kann während des Abscheidungsprozesses dotiert werden, indem Dotiergase wie Phosphin (für n-Typ-Dotierung), Arsin (für n-Typ-Dotierung) oder Diboran (für p-Typ-Dotierung) in die CVD-Kammer eingeleitet werden.
Die Wahl des Dotierstoffs und seine Konzentration können die elektrischen Eigenschaften der Polysiliciumschicht erheblich beeinflussen.
5. Qualität und Anwendungen
Mittels CVD abgeschiedenes Polysilizium wird in der Halbleiterindustrie in großem Umfang für verschiedene Anwendungen eingesetzt, darunter Solarzellen, integrierte Schaltkreise und mikroelektromechanische Systeme (MEMS).
Die Qualität der Polysiliziumschicht hängt von den Prozessparametern und der Sauberkeit der Abscheidungsumgebung ab.
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