Il processo LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) per il nitruro di silicio prevede la deposizione di uno strato di nitruro di silicio di alta qualità, denso e amorfo su un substrato. Questo processo è fondamentale nella produzione di semiconduttori per diverse applicazioni, in particolare per la creazione di maschere e strati dielettrici.
Sintesi del processo:
Il processo LPCVD per il nitruro di silicio utilizza tipicamente diclorosilano (DCS) e ammoniaca come gas precursori. Questi gas reagiscono in un ambiente a bassa pressione e alta temperatura per formare uno strato solido di nitruro di silicio sul substrato. La reazione produce anche acido cloridrico e idrogeno come sottoprodotti. La deposizione avviene a temperature comprese tra 700 e 800°C in un reattore LPCVD a parete calda.
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Spiegazione dettagliata:
- Selezione del gas precursore:
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La scelta del diclorosilano e dell'ammoniaca come gas precursori è fondamentale perché nelle condizioni della LPCVD reagiscono per formare nitruro di silicio. Il diclorosilano (SiH2Cl2) fornisce la fonte di silicio, mentre l'ammoniaca (NH3) fornisce l'azoto.
- Condizioni di reazione:
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La reazione avviene in un ambiente a bassa pressione, in genere da 0,1 a 1 Torr, che facilita la deposizione uniforme sul substrato. L'alta temperatura (700-800°C) assicura la completa reazione dei gas precursori e favorisce la formazione di uno strato di nitruro di silicio denso e uniforme.
- Meccanismo di deposizione:
- Nel reattore, i gas precursori scorrono sul substrato riscaldato dove si decompongono termicamente e reagiscono per formare nitruro di silicio (Si3N4). La reazione può essere riassunta come:
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[ 3SiH2Cl2 + 4NH3 \rightarrow Si3N4 + 6HCl + 6H2 ]
- L'acido cloridrico e l'idrogeno vengono rimossi come gas di scarico, lasciando sul substrato uno strato di nitruro di silicio puro.
- Applicazioni e proprietà:
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Lo strato di nitruro di silicio prodotto da LPCVD è amorfo, denso e chimicamente stabile, il che lo rende ideale per varie applicazioni nella produzione di semiconduttori. Serve come maschera per l'ossidazione selettiva del silicio (LOCOS), come maschera rigida per l'isolamento di trincee poco profonde e come strato dielettrico nei condensatori (ad esempio, nelle DRAM).
- Lo strato presenta in genere un'elevata tensione di trazione, che può essere regolata in base ai requisiti specifici dell'applicazione.
Sfide e controlli:
Il processo richiede un attento controllo della temperatura, della pressione e della portata del gas per garantire una deposizione uniforme e prevenire i difetti. In un reattore a parete calda, gli effetti di deplezione devono essere compensati per mantenere una qualità costante del film sul substrato.
