Le procédé LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) pour le nitrure de silicium implique le dépôt d'une couche de nitrure de silicium de haute qualité, dense et amorphe sur un substrat. Ce procédé est essentiel dans la fabrication des semi-conducteurs pour diverses applications, en particulier pour la création de masques et de couches diélectriques.
Résumé du procédé :
Le procédé LPCVD pour le nitrure de silicium utilise généralement du dichlorosilane (DCS) et de l'ammoniac comme gaz précurseurs. Ces gaz réagissent dans un environnement à basse pression et à haute température pour former une couche solide de nitrure de silicium sur le substrat. La réaction produit également de l'acide chlorhydrique et de l'hydrogène comme sous-produits. Le dépôt s'effectue à des températures comprises entre 700 et 800°C dans un réacteur LPCVD à paroi chaude.
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Explication détaillée :
- Sélection du gaz précurseur :
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Le choix du dichlorosilane et de l'ammoniac comme gaz précurseurs est crucial car ils réagissent dans les conditions de la LPCVD pour former du nitrure de silicium. Le dichlorosilane (SiH2Cl2) fournit la source de silicium, tandis que l'ammoniac (NH3) fournit l'azote.
- Conditions de réaction :
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La réaction s'effectue dans un environnement à basse pression, généralement entre 0,1 et 1 Torr, ce qui facilite le dépôt uniforme sur le substrat. La température élevée (700-800°C) assure une réaction complète des gaz précurseurs et favorise la formation d'une couche de nitrure de silicium dense et uniforme.
- Mécanisme de dépôt :
- Dans le réacteur, les gaz précurseurs s'écoulent sur le substrat chauffé où ils se décomposent thermiquement et réagissent pour former du nitrure de silicium (Si3N4). La réaction peut être résumée comme suit :
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[ 3SiH2Cl2 + 4NH3 \rightarrow Si3N4 + 6HCl + 6H2 ]
- L'acide chlorhydrique et l'hydrogène sont évacués sous forme de gaz d'échappement, laissant une couche de nitrure de silicium pur sur le substrat.
- Applications et propriétés :
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La couche de nitrure de silicium produite par LPCVD est amorphe, dense et chimiquement stable, ce qui la rend idéale pour diverses applications dans la fabrication des semi-conducteurs. Elle sert de masque pour l'oxydation sélective du silicium (LOCOS), de masque dur pour l'isolation des tranchées peu profondes et de couche diélectrique dans les condensateurs (par exemple, dans les DRAM).
- La couche présente généralement une contrainte de traction élevée, qui peut être ajustée en fonction des exigences spécifiques de l'application.
Défis et contrôle :
Le procédé nécessite un contrôle minutieux de la température, de la pression et des débits de gaz afin de garantir un dépôt uniforme et d'éviter les défauts. Dans un réacteur à parois chaudes, les effets d'appauvrissement doivent être compensés pour maintenir une qualité de film constante sur le substrat.
