O processo de LPCVD (deposição química de vapor a baixa pressão) para nitreto de silício envolve a deposição de uma camada de nitreto de silício de alta qualidade, densa e amorfa num substrato. Este processo é crucial no fabrico de semicondutores para várias aplicações, particularmente na criação de máscaras e camadas dieléctricas.
Resumo do processo:
O processo LPCVD para nitreto de silício utiliza normalmente diclorosilano (DCS) e amoníaco como gases precursores. Estes gases reagem num ambiente de baixa pressão e alta temperatura para formar uma camada sólida de nitreto de silício no substrato. A reação também produz ácido clorídrico e hidrogénio como subprodutos. A deposição ocorre a temperaturas que variam entre 700 e 800°C num reator LPCVD de parede quente.
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Explicação pormenorizada:
- Seleção do gás precursor:
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A escolha do diclorossilano e do amoníaco como gases precursores é fundamental, uma vez que estes reagem nas condições de LPCVD para formar nitreto de silício. O diclorosilano (SiH2Cl2) fornece a fonte de silício, enquanto o amoníaco (NH3) fornece o azoto.
- Condições de reação:
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A reação é realizada num ambiente de baixa pressão, normalmente em torno de 0,1 a 1 Torr, o que facilita a deposição uniforme no substrato. A temperatura elevada (700-800°C) assegura a reação completa dos gases precursores e promove a formação de uma camada densa e uniforme de nitreto de silício.
- Mecanismo de deposição:
- No reator, os gases precursores fluem sobre o substrato aquecido, onde se decompõem termicamente e reagem para formar nitreto de silício (Si3N4). A reação pode ser resumida da seguinte forma
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[ 3SiH2Cl2 + 4NH3 \rightarrow Si3N4 + 6HCl + 6H2 ]
- O ácido clorídrico e o hidrogénio são removidos como gases de escape, deixando para trás uma camada de nitreto de silício puro no substrato.
- Aplicações e propriedades:
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A camada de nitreto de silício produzida por LPCVD é amorfa, densa e quimicamente estável, o que a torna ideal para várias aplicações no fabrico de semicondutores. Serve como máscara para a oxidação selectiva do silício (LOCOS), uma máscara dura para o isolamento de trincheiras pouco profundas e uma camada dieléctrica em condensadores (por exemplo, em DRAM).
- A camada apresenta normalmente uma elevada tensão de tração, que pode ser ajustada em função dos requisitos específicos da aplicação.
Desafios e controlo:
O processo requer um controlo cuidadoso da temperatura, pressão e taxas de fluxo de gás para garantir uma deposição uniforme e evitar defeitos. Num reator de parede quente, os efeitos de depleção devem ser compensados para manter uma qualidade de película consistente em todo o substrato.
