Le dépôt de silicium est un processus par lequel de fines couches de silicium sont appliquées sur des substrats tels que le silicium ou le verre.
Ce processus est réalisé par des méthodes physiques ou chimiques.
Les principales techniques utilisées sont le dépôt physique en phase vapeur (PVD) et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD).
L'épaisseur de ces couches peut varier de quelques nanomètres à plusieurs micromètres.
Quel est le processus de dépôt de silicium ? 7 étapes clés expliquées
1. Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) pour le dépôt de silicium
Le dépôt chimique en phase vapeur est une méthode largement utilisée pour déposer des couches de silicium.
Elle implique la pyrolyse ou la décomposition thermique du silane (SiH4).
Il en résulte un dépôt de silicium solide sur le substrat avec de l'hydrogène comme gaz d'échappement.
Le processus est généralement réalisé dans un four de dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD) à parois chaudes.
Les ingénieurs diluent souvent le silane avec un gaz porteur d'hydrogène pour supprimer la décomposition du silane en phase gazeuse.
Cela permet d'éviter la rugosité du film due à la chute de particules de silicium sur le film en cours de croissance.
2. Dépôt de polysilicium
Ce procédé permet de former du polysilicium.
Il a une résistivité plus élevée que le silicium monocristallin au même niveau de dopage.
La résistivité plus élevée est due à la ségrégation des dopants le long des joints de grains.
Cela réduit le nombre d'atomes de dopants dans les grains.
Les défauts dans ces joints diminuent également la mobilité des porteurs.
Les joints de grains contiennent de nombreuses liaisons pendantes qui peuvent piéger les porteurs libres.
3. Autres réactions pour le dépôt de nitrure de silicium (SiNH)
Dans le plasma, le nitrure de silicium peut être déposé en utilisant deux réactions impliquant du silane (SiH4) et de l'azote (N2) ou de l'ammoniac (NH3).
Ces films ont une contrainte de traction plus faible mais présentent de moins bonnes propriétés électriques en termes de résistivité et de rigidité diélectrique.
4. Dépôt de métaux en CVD
Le dépôt en phase vapeur est également utilisé pour déposer des métaux tels que le tungstène, l'aluminium et le cuivre.
Ces métaux sont essentiels pour former des contacts conducteurs et des fiches dans les dispositifs semi-conducteurs.
Le dépôt de tungstène, par exemple, peut être réalisé à l'aide d'hexafluorure de tungstène (WF6) par différentes réactions.
D'autres métaux comme le molybdène, le tantale, le titane et le nickel sont également déposés par CVD.
Ils forment souvent des siliciures utiles lorsqu'ils sont déposés sur du silicium.
5. Dépôt de dioxyde de silicium
Le dioxyde de silicium est déposé en utilisant une combinaison de gaz précurseurs du silicium, comme le dichlorosilane ou le silane, et de précurseurs de l'oxygène, comme l'oxygène et l'oxyde nitreux.
Ce processus se déroule à basse pression.
Il est essentiel pour préparer la chimie de surface et garantir la pureté de la couche déposée.
6. Processus global et considérations
Le procédé CVD commence par le dépôt d'un substrat de dioxyde de silicium sur une membrane en acier inoxydable.
Le processus implique une déshydratation thermique pour éliminer les impuretés de l'oxygène.
Le chauffage à haute température est nécessaire pour la préparation de la surface.
Le contrôle de la température du substrat est essentiel non seulement pendant le dépôt, mais aussi pendant le refroidissement.
Le refroidissement peut prendre de 20 à 30 minutes selon le matériau du substrat.
Cette méthode est privilégiée pour sa reproductibilité et sa capacité à produire des films minces de haute qualité.
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