Nitruro de silicio. Métodos de deposición LPCVD y PECVD. Control de estrés
Equipos para la industria de semiconductores y LCD
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En la tecnología de semiconductores, las capas de nitruro de silicio se utilizan como dieléctricos, capas de pasivación o material de máscara. Son adecuadas como tope de grabado (por ejemplo, en la tecnología Dual Damaszener) y como barrera de difusión (por ejemplo, para iones de sodio). También hay varias aplicaciones en la micromecánica, por ejemplo, como material de membrana. En la tecnología solar, el Si3N4 también se utiliza como capa antirreflejo. La deposición se realiza ya sea en un
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| Reactor LPCVD | Reactor PECVD de tríodos |
El LPCVD de nitruro se puede depositar de manera reproducible, muy pura y uniforme. Esto da lugar a capas con excelentes propiedades eléctricas, una cobertura de bordes muy buena, alta estabilidad térmica y bajas tasas de grabado. Sin embargo, se requieren altas temperaturas para la deposición y el proceso es más lento.
La deposición consta de varios pasos: suministro de gas - adsorción de las moléculas en la superficie - reacción de los reactivos en la superficie (sin participación de los átomos del sustrato) - desorción de los subproductos. Dado que la reacción en la superficie es determinante de la velocidad a las temperaturas dadas (se llama controlado por la reacción), la empobrecimiento de material reactivo por consumo y, por lo tanto, el suministro de gas fresco juega un papel secundario. Por lo tanto, es posible procesar muchos wafers dispuestos en fila en el flujo de gas simultáneamente sin mucho esfuerzo.
La formación del nitruro de silicio generalmente se realiza a partir de diclorosilano (DCS) y amoníaco a 700-850°C.
| 3 SiH2Cl2 + 4 NH3 → Si3N4 + 6 HCl + 6 H2 |
Los sistemas LPCVD están disponibles en JTEKT Thermo Systems (anteriormente Koyo Thermo Systems). Se pueden utilizar varios hornos verticales y hornos horizontales.
El PECVD de nitruro permite una deposición más rápida, lo que permite capas más gruesas. La estequiometría y el estrés se pueden ajustar. La cobertura de bordes es buena. Las tasas de grabado son comparativamente altas. El nitruro PECVD es muy adecuado para capas de pasivación.
Los materiales de partida son normalmente silano y amoníaco. La deposición puede ocurrir a temperaturas por debajo de
400°C.
| 3 SiH4 + 4 NH3 → Si3N4 + 24 H2 |
Instalaciones de deposición PECVD.
Debido a las diferentes distancias de red del sustrato y la capa de nitruro de silicio,
así como debido al desorden en la estructura de la capa, las fallas o la inserción de átomos extraños pueden ocurrir.
Hay tensión de tracción y compresión.
También son posibles tensiones térmicamente inducidas debido a diferentes coeficientes de expansión del sustrato y la capa.
La tensión en la capa de nitruro puede ser cambiada por varios factores:
En la deposición térmica de nitruro de silicio (LPCVD), esencialmente se forma nitruro de silicio estequiométrico con una ligera tensión de tracción. Aumentando la proporción de diclorosilano se forma un nitruro de silicio rico en silicio, que se puede ajustar para tener casi ningún estrés. En combinación con las muy buenas propiedades del nitruro térmico, se ofrece la posibilidad de utilizarlo en la micromecánica. Sin embargo, en un proceso como este se generan muchos partículas y se requiere cierta experiencia para garantizar un funcionamiento sin problemas. Los hornos verticales de JTEKT Thermo Systems pueden ofrecer un proceso para nitruro sin estrés.
En la deposición de plasma de nitruro de silicio, es fácil que se inserte hidrógeno y se formen capas menos densas que están bajo tensión de tracción. Al aumentar la proporción de silano y al aumentar el bombardeo de iones, se forma un nitruro de silicio rico en silicio, que es más denso y tiene menos estrés, incluso puede tener compresión. Las temperaturas de deposición más bajas estabilizan el Si3+xN4-y no estequiométrico. La composición química se puede medir mediante el índice de refracción de la capa.
Cuando se utiliza un plasma para la deposición de nitruro, los materiales de partida se dividen en el plasma y se generan radicales reactivos. Esto permite la deposición a temperaturas más bajas. Dependiendo de la polarización y la frecuencia de excitación del reactor de plasma, las moléculas o radicales chocan con la superficie a diferentes velocidades o energías.
Esto permite que la tensión de la capa se mueva entre tracción y compresión.
También es posible la deposición de capas múltiples que alternan entre tracción y compresión.
Para un mejor ajuste de la tensión de la capa, se utiliza una configuración de tríodos del reactor de plasma, también conocida como PECVD de doble frecuencia.
El electrodo superior está alimentado con un voltaje RF de 13,56 MHz, mientras que el soporte de la muestra está alimentado con 360 kHz.
La cámara de reacción en sí está conectada a tierra.
Esto permite que el generador de alta frecuencia ajuste una alta densidad de plasma, mientras que el generador de baja frecuencia puede acelerar los iones hacia el sustrato.
Las frecuencias por debajo de 1 MHz permiten que los iones sigan el cambio de dirección del plasma, mientras que a 13,56 MHz solo los electrones pueden hacerlo.
