LPCVD. Tecnología y equipo
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Para la fabricación de circuitos integrados en sustrato de silicio, es necesario preparar varias capas:
1) Capas conductoras compuestas de material semiconductor o metales
2) Capas dieléctricas aislantes, principalmente óxido de silicio y nitruro
| Dieléctricos | Capas conductoras | ||||
| Óxido | Nitruro | Semiconductores | Metales | ||
| Oxidación | LPCVD | LPCVD | LPCVD | LPCVD | Sputter/Evaporación |
El óxido puede formarse por oxidación del material del sustrato si la capa debe crecer directamente sobre sustrato de silicio. En otros sustratos o para la formación de capas de nitruro, es necesario depositar el material desde el vapor, utilizando un proceso LPCVD (deposición química en fase vapor a baja presión).
El depósito de óxido térmico casi siempre se realiza a baja presión (LPCVD).
Existen varios métodos establecidos: En el proceso LTO
(óxido de baja temperatura), el silano depletado reacciona con oxígeno a aproximadamente 430 °C
(pirólisis de silano):
SiH4 +
O2 → SiO2
+ 2 H2
Desafortunadamente, esta reacción está controlada por la difusión, es decir, la concentración del gas determina la velocidad de deposición.
Durante el proceso de deposición, la concentración de los reactivos disminuye; por lo tanto, es difícil crear las mismas condiciones para la deposición dentro de todo el reactor.
En este proceso, JTEKT Thermo Systems (anteriormente Koyo Thermo Systems) utiliza jaulas para la inyección de los gases, que aseguran que el gas fresco fluya hacia la cámara del horno desde todos los lados al mismo tiempo. De esta manera, se depositan capas uniformemente gruesas en todas las obleas procesadas del lote.
A temperaturas más altas (900 °C), SiO2 puede crearse en el llamado proceso HTO
(óxido de alta temperatura), pero también mediante una combinación de diclorosilano
SiH2Cl2 y óxido nitroso N2O:
SiH2Cl2 +
2 N2O → SiO2
+ productos de descomposición
Proceso TEOS. Un compuesto a menudo utilizado para la formación de capas de óxido de silicio es TEOS
(Tetraetilortosilicato), que se puede descomponer muy fácilmente:
Si(OC2H5)4 →
SiO2 + productos de descomposición
El nitruro LPCVD puede depositarse de manera fácil y reproducible, muy pura y uniforme. Esto conduce a capas con buenas características eléctricas, muy buena cobertura de bordes, alta estabilidad térmica y bajas tasas de grabado. Sin embargo, se necesitan altas temperaturas para la deposición y la velocidad de reacción es más lenta.
La deposición se realiza en varios pasos: transporte de gas a la superficie - adsorción - reacción de los reactivos de superficie (sin la participación de átomos del sustrato) - desorción de subproductos.
Dado que la reacción en la superficie a temperaturas dadas determina la velocidad de deposición (esto se llama controlado por la reacción), la reducción del material de reacción en la fase gaseosa por consumo y, por lo tanto, la inducción de gas fresco, solo juega un papel secundario.
Por lo tanto, es posible procesar muchas obleas, que se disponen una al lado de la otra en el flujo de gas, sin grandes problemas.
La formación de silicio generalmente resulta del diclorosilano (DCS) y amoníaco a 700-850°C.
3 SiH2Cl2 +
4 NH3 → Si3N4
+ 6 HCl +
6 H2
El polisilicio puede formarse por descomposición de silano a temperaturas alrededor de 600°-700°C.
SiH4 → Si + 2 H2
La dopaje in situ es posible mediante la adición de gases de dopaje como fosfina PH3 o borano BH3.
En este caso, es necesario asegurarse de que la concentración de gas de dopaje se pueda mantener estable a lo largo del tubo del horno. Esto se puede lograr utilizando inyectores de gas.
También los metales pueden depositarse mediante procesos LPCVD:
WF6 +
3 H2 → W + 6 HF
Los sistemas LPCVD están disponibles en la compañía JTEKT Thermo Systems. Se pueden utilizar varios hornos verticales y hornos horizontales.
