La deposizione di silicio è un processo in cui strati sottili di silicio vengono applicati su substrati come il silicio o il vetro.
Ciò avviene con metodi fisici o chimici.
Le principali tecniche utilizzate sono la deposizione fisica da vapore (PVD) e la deposizione chimica da vapore (CVD).
Lo spessore di questi strati può variare da pochi nanometri a diversi micrometri.
Qual è il processo di deposizione del silicio? 7 fasi chiave spiegate
1. Deposizione chimica da vapore (CVD) per la deposizione del silicio
La CVD è un metodo ampiamente utilizzato per depositare strati di silicio.
Comporta la pirolisi o la decomposizione termica del silano (SiH4).
Il risultato è che il silicio solido viene depositato sul substrato con l'idrogeno come gas di scarico.
Il processo è generalmente condotto in un forno a parete calda per la deposizione di vapore chimico a bassa pressione (LPCVD).
Gli ingegneri spesso diluiscono il silano con un gas vettore di idrogeno per sopprimere la decomposizione in fase gassosa del silano.
Questo aiuta a prevenire l'irruvidimento del film dovuto alla caduta di particelle di silicio sul film in crescita.
2. Deposizione di polisilicio
Con questo processo si forma il polisilicio.
Ha una resistività superiore a quella del silicio monocristallino a parità di livello di drogaggio.
La maggiore resistività è dovuta alla segregazione dei droganti lungo i confini dei grani.
Questo riduce il numero di atomi di drogante all'interno dei grani.
I difetti in questi confini riducono anche la mobilità dei portatori.
I confini dei grani contengono molti legami pendenti che possono intrappolare i portatori liberi.
3. Reazioni alternative per la deposizione di nitruro di silicio (SiNH)
Nel plasma, il nitruro di silicio può essere depositato utilizzando due reazioni che coinvolgono silano (SiH4) e azoto (N2) o ammoniaca (NH3).
Questi film hanno una minore tensione di trazione, ma presentano proprietà elettriche più scadenti in termini di resistività e rigidità dielettrica.
4. Deposizione di metalli in CVD
La CVD viene utilizzata anche per depositare metalli come tungsteno, alluminio e rame.
Questi metalli sono fondamentali per la formazione di contatti conduttivi e tappi nei dispositivi a semiconduttore.
La deposizione di tungsteno, ad esempio, può essere ottenuta utilizzando l'esafluoruro di tungsteno (WF6) attraverso diverse reazioni.
Anche altri metalli come il molibdeno, il tantalio, il titanio e il nichel vengono depositati mediante CVD.
Spesso formano utili siliciuri quando vengono depositati sul silicio.
5. Deposizione del biossido di silicio
Il biossido di silicio viene depositato utilizzando una combinazione di gas precursori del silicio, come il diclorosilano o il silano, e precursori dell'ossigeno, come l'ossigeno e il protossido di azoto.
Questo processo avviene a basse pressioni.
È fondamentale per preparare la chimica di superficie e garantire la purezza dello strato depositato.
6. Processo complessivo e considerazioni
Il processo CVD inizia con un substrato di biossido di silicio depositato su una membrana di acciaio inossidabile.
Il processo prevede la disidratazione termica per rimuovere le impurità di ossigeno.
Il riscaldamento ad alte temperature è necessario per la preparazione della superficie.
Il controllo della temperatura del substrato è fondamentale non solo durante la deposizione, ma anche durante il raffreddamento.
Il raffreddamento può richiedere 20-30 minuti a seconda del materiale del substrato.
Questo metodo è preferito per la sua riproducibilità e la capacità di produrre film sottili di alta qualità.
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