LPCVD. Technologie und Anlagen
JTEKT Thermo Systems wird in Europa vertreten durch
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Für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen auf Silicium-Substrat, ist es nötig verschiedene
Schichten aufzubringen:
1) Leitende Schichten aus Halbleitermaterial wie Silicium oder metallische Schichten.
2) Isolierende, dielektrische Schichten, meist Siliciumoxid oder Siliciumnitrid.
| Dielektrika | Leitende Schichten | ||||
| Oxide | Nitride | Halbleiter | Metalle | ||
| Oxidation | LPCVD | LPCVD | LPCVD | LPCVD | Sputtern/Aufdampfen |
Oxid kann durch Oxidation des Substratmaterial erzeugt werden, wenn die Schicht direkt auf Silicum aufgebracht werden soll. Auf anderem Untergrund und für die Erzeugung von Nitridschichten ist die Abscheidung des Materials aus der Gasphase durch ein LPCVD-Verfahren (low pressure chemical vapor depostion) nötig.
Im LTO-Verfahren
(low temperature oxid) wird bei ca. 430°C verdünntes Silan direkt mit Sauerstoff umgesetzt
(pyrolytische Zersetzung von Silan):
SiH4 +
O2 → SiO2
+ 2 H2
Leider ist diese Reaktion diffusionskontrolliert, d.h. die Konzentration des Gases in Oberflächennähe entscheidet
über die Abscheiderate. Da es bei der Abscheidung selbst zu einer Verarmung der Ausgangsverbindungen durch die
Reaktion kommt, ist es schwierig im gesamten Reaktor gleichmäßige Bedingungen für die Abscheidung zu schaffen.
Von JTEKT (ehemals Koyo Thermo Systems) werden daher für diesen Prozess Käfige für die Injektion der Gase eingesetzt, die sicherstellen,
dass frisches Gas von allen Seiten gleichzeitig in die Ofenkammer strömt. Nur so lassen sich gleichmäßig dicke
Schichten über das gesamte Los prozessierter Wafer erreichen.
Bei höheren Temperaturen (900°C) läßt sich SiO2 im sogenannten HTO-Verfahren
(high temperature oxid) aber auch aus einer Kombination von Dichlorsilan
SiH2Cl2 und Lachgas N2O bilden:
SiH2Cl2 +
2 N2O → SiO2
+ Zersetzungsprodukte
TEOS-Verfahren. Eine viel genutzte Verbindung für die Aufbringung von
Siliciumdioxidschichten ist TEOS (Tetraethoxysilan), das sich leicht thermisch zersetzten läßt:
Si(OC2H5)4 →
SiO2 + Zersetzungsprodukte
LPCVD Nitrid kann gut reproduzierbar, sehr rein und gleichmäßig abgeschieden werden.
Das führt zu Schichten mit sehr guten elektrischen Eigenschaften, sehr guter Kantenbedeckung, hoher thermischer
Stabilität und niedrigen Ätzraten. Für die Abscheidung werden allerdings hohe Temperaturen benötigt und die
Abscheidung erfolgt langsamer.
Die Abscheidung besteht aus mehreren Schritten: Gaszuführung - Adsorption der Moleküle an der Oberfläche -
Reaktion der Reaktanden auf der Oberfläche (ohne Beteiligung der Substratatome) - Desorption der Nebenprodukte.
Da die Reaktion auf der Oberfläche bei den gegebenen Temperaturen geschwindigkeitsbestimmend ist (man nennt das
reaktionskontrolliert), spielt die Verarmung an Reaktionsmaterial durch Verbrauch und somit die Zuführung von
frischem Gas nur eine untergeordnete Rolle. Es ist daher möglich ohne großen Aufwand viele Wafer, die im Gasstrom
hintereinander angeordnet sind, gleichzeitig zu prozessieren.
Die Bildung des Siliciumnitrids erfolgt gewöhnlich aus Dichlorsilan (DCS) und Ammoniak bei 700-850°C.
3 SiH2Cl2 +
4 NH3 → Si3N4
+ 6 HCl +
6 H2
Poly-Silicium wird durch Zersetzung von Silan bei Temperaturen von 600°-700°C erreicht.
SiH4 →
Si + 2 H2
Eine in-situ-Dotierung kann durch Beigabe von Dotiergasen wie Phosphin PH3 oder Boran BH3
erreicht werden. In diesem Fall muss anbei sichergestellt werden, dass die Dotiergaskonzentration über das gesamte Rohr verteilt
konstant ist. Das kann durch den Einsatz von Gasinjektoren erreicht werden.
Auch Metalle können per LPCVD-Prozess abgeschieden werden:
WF6 + 3 H2 →
W + 6 HF
LPCVD-Anlagen sind von der Firma JTEKT Thermo Systems verfügbar. Verschiedene Vertikalöfen und Horizontalöfen können eingesetzt werden.
