El proceso de LPCVD (depósito químico en fase vapor a baja presión) para nitruro de silicio consiste en depositar una capa de nitruro de silicio amorfo, denso y de alta calidad sobre un sustrato. Este proceso es crucial en la fabricación de semiconductores para diversas aplicaciones, especialmente en la creación de máscaras y capas dieléctricas.
Resumen del proceso:
El proceso LPCVD para nitruro de silicio utiliza normalmente diclorosilano (DCS) y amoníaco como gases precursores. Estos gases reaccionan en un entorno de baja presión y alta temperatura para formar una capa sólida de nitruro de silicio sobre el sustrato. La reacción también produce ácido clorhídrico e hidrógeno como subproductos. La deposición se produce a temperaturas que oscilan entre 700 y 800°C en un reactor LPCVD de pared caliente.
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Explicación detallada:
- Selección del gas precursor:
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La elección del diclorosilano y el amoníaco como gases precursores es fundamental porque reaccionan en las condiciones de LPCVD para formar nitruro de silicio. El diclorosilano (SiH2Cl2) proporciona la fuente de silicio, mientras que el amoníaco (NH3) suministra el nitrógeno.
- Condiciones de la reacción:
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La reacción se lleva a cabo en un entorno de baja presión, normalmente alrededor de 0,1 a 1 Torr, lo que facilita la deposición uniforme en todo el sustrato. La alta temperatura (700-800°C) garantiza la reacción completa de los gases precursores y favorece la formación de una capa de nitruro de silicio densa y uniforme.
- Mecanismo de deposición:
- En el reactor, los gases precursores fluyen sobre el sustrato calentado donde se descomponen térmicamente y reaccionan para formar nitruro de silicio (Si3N4). La reacción puede resumirse como
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[ 3SiH2Cl2 + 4NH3 \arrow vertical Si3N4 + 6HCl + 6H2 ]
- El ácido clorhídrico y el hidrógeno se eliminan como gases de escape, dejando una capa de nitruro de silicio puro sobre el sustrato.
- Aplicaciones y propiedades:
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La capa de nitruro de silicio producida por LPCVD es amorfa, densa y químicamente estable, lo que la hace ideal para diversas aplicaciones en la fabricación de semiconductores. Sirve como máscara para la oxidación selectiva del silicio (LOCOS), como máscara dura para el aislamiento de zanjas poco profundas y como capa dieléctrica en condensadores (por ejemplo, en DRAM).
- La capa suele presentar una elevada tensión de tracción, que puede ajustarse en función de los requisitos específicos de la aplicación.
Retos y control:
El proceso requiere un cuidadoso control de la temperatura, la presión y el caudal de gas para garantizar una deposición uniforme y evitar defectos. En un reactor de pared caliente, deben compensarse los efectos de agotamiento para mantener una calidad uniforme de la película en todo el sustrato.
