Die Siliziumabscheidung ist ein Verfahren, bei dem dünne Schichten von Silizium auf Substrate wie Silizium oder Glas aufgetragen werden.
Dies geschieht durch physikalische oder chemische Verfahren.
Die wichtigsten Verfahren sind die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) und die chemische Gasphasenabscheidung (CVD).
Die Dicke dieser Schichten kann von einigen Nanometern bis zu mehreren Mikrometern reichen.
Was ist der Prozess der Siliziumabscheidung? Die 7 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Chemische Gasphasenabscheidung (CVD) für die Siliziumabscheidung
CVD ist eine weit verbreitete Methode zur Abscheidung von Siliziumschichten.
Es beinhaltet die Pyrolyse oder thermische Zersetzung von Silan (SiH4).
Das Ergebnis ist festes Silizium, das mit Wasserstoff als Abgas auf dem Substrat abgeschieden wird.
Das Verfahren wird in der Regel in einem Heißwandofen für die chemische Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LPCVD) durchgeführt.
Die Ingenieure verdünnen das Silan häufig mit einem Wasserstoffträgergas, um die Zersetzung des Silans in der Gasphase zu unterdrücken.
Dadurch wird verhindert, dass die Schicht durch Siliziumpartikel aufgeraut wird, die auf die wachsende Schicht fallen.
2. Abscheidung von Polysilicium
Bei diesem Verfahren wird Polysilizium gebildet.
Es hat einen höheren spezifischen Widerstand als einkristallines Silizium bei gleichem Dotierungsniveau.
Der höhere spezifische Widerstand ist darauf zurückzuführen, dass sich die Dotierstoffe entlang der Korngrenzen absetzen.
Dadurch verringert sich die Anzahl der Dotieratome innerhalb der Körner.
Defekte in diesen Grenzen verringern auch die Ladungsträgerbeweglichkeit.
Die Korngrenzen enthalten viele baumelnde Bindungen, die freie Ladungsträger einfangen können.
3. Alternative Reaktionen für die Abscheidung von Siliziumnitrid (SiNH)
Im Plasma kann Siliziumnitrid durch zwei Reaktionen mit Silan (SiH4) und Stickstoff (N2) oder Ammoniak (NH3) abgeschieden werden.
Diese Schichten haben eine geringere Zugspannung, weisen aber schlechtere elektrische Eigenschaften in Bezug auf Widerstand und Durchschlagfestigkeit auf.
4. Metallabscheidung durch CVD
CVD wird auch für die Abscheidung von Metallen wie Wolfram, Aluminium und Kupfer verwendet.
Diese Metalle sind für die Bildung von leitenden Kontakten und Steckern in Halbleiterbauelementen von entscheidender Bedeutung.
Die Abscheidung von Wolfram kann zum Beispiel mit Wolframhexafluorid (WF6) durch verschiedene Reaktionen erreicht werden.
Andere Metalle wie Molybdän, Tantal, Titan und Nickel werden ebenfalls mittels CVD abgeschieden.
Sie bilden oft nützliche Silizide, wenn sie auf Silizium abgeschieden werden.
5. Abscheidung von Siliziumdioxid
Für die Abscheidung von Siliziumdioxid wird eine Kombination aus Silizium-Vorläufergasen wie Dichlorsilan oder Silan und Sauerstoff-Vorläufern wie Sauerstoff und Distickstoffoxid verwendet.
Dieser Prozess findet bei niedrigem Druck statt.
Es ist entscheidend für die Vorbereitung der Oberflächenchemie und die Gewährleistung der Reinheit der abgeschiedenen Schicht.
6. Gesamtprozess und Überlegungen
Das CVD-Verfahren beginnt mit einem Siliziumdioxidsubstrat, das auf eine mit Edelstahl beschichtete Membran aufgebracht wird.
Der Prozess beinhaltet eine thermische Dehydrierung, um Sauerstoffverunreinigungen zu entfernen.
Für die Oberflächenvorbereitung ist ein Erhitzen auf hohe Temperaturen erforderlich.
Die Temperaturkontrolle des Substrats ist nicht nur während der Abscheidung, sondern auch während der Abkühlung von entscheidender Bedeutung.
Die Abkühlung kann je nach Substratmaterial 20-30 Minuten dauern.
Diese Methode wird wegen ihrer Reproduzierbarkeit und ihrer Fähigkeit zur Herstellung hochwertiger dünner Schichten bevorzugt.
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