LPCVD-Abscheidung von Oxiden
Die thermische Oxidabscheidung wird fast immer bei niedrigem Druck (LPCVD) durchgeführt. Es gibt mehrere etablierte Verfahren:
Im LTO-Verfahren (low temperature oxid) bei ca. 430°C verdünntes Silan direkt mit Sauerstoff umgesetzt (pyrolytische Zersetzung von Silan):
SiH4 + O2 → SiO2 + 2 H2
Leider ist diese Reaktion diffusionskontrolliert, d.h. die Konzentration des Gases in Oberflächennähe entscheidet über die Abscheiderate. Da es bei der Abscheidung selbst zu einer Verarmung der Ausgangsverbindungen durch die Reaktion kommt, ist es schwierig im gesamten Reaktor gleichmäßige Bedingungen für die Abscheidung zu schaffen. Von JTEKT (ehemals Koyo Thermo Systems) werden daher für diesen Prozess Käfige für die Injektion der Gase eingesetzt, die sicherstellen, dass frisches Gas von allen Seiten gleichzeitig in die Ofenkammer strömt. Nur so lassen sich gleichmäßig dicke Schichten über das gesamte Los prozessierter Wafer erreichen.
Bei höheren Temperaturen (900°C) läßt sich SiO2 im sogenannten HTO-Verfahren (high temperature oxid) aber auch aus einer Kombination von Dichlorsilan SiH2Cl2 und Lachgas N2O bilden:
SiH2Cl2 + 2 N2O → SiO2 + Zersetzungsprodukte
TEOS-Verfahren. Eine viel genutzte Verbindung für die Aufbringung von Siliciumdioxidschichten ist TEOS (Tetraethoxysilan), das sich leicht thermisch zersetzten läßt:
Si(OC2H5)4 → SiO2 + Zersetzungsprodukte
LPCVD-Abscheidung von Nitriden
LPCVD Nitrid kann gut reproduzierbar, sehr rein und gleichmäßig abgeschieden werden. Das führt zu Schichten mit sehr guten elektrischen Eigenschaften, sehr guter Kantenbedeckung, hoher thermischer Stabilität und niedrigen Ätzraten. Für die Abscheidung werden allerdings hohe Temperaturen benötigt und die Abscheidung erfolgt langsamer.
Die Abscheidung besteht aus mehreren Schritten: Gaszuführung - Adsorption der Moleküle an der Oberfläche - Reaktion der Reaktanden auf der Oberfläche (ohne Beteiligung der Substratatome) - Desorption der Nebenprodukte. Da die Reaktion auf der Oberfläche bei den gegebenen Temperaturen geschwindigkeitsbestimmend ist (man nennt das reaktionskontrolliert), spielt die Verarmung an Reaktionsmaterial durch Verbrauch und somit die Zuführung von frischem Gas nur eine untergeordnete Rolle. Es ist daher möglich ohne großen Aufwand viele Wafer, die im Gasstrom hintereinander angeordnet sind, gleichzeitig zu prozessieren. Die Bildung des Siliciumnitrids erfolgt gewöhnlich aus Dichlorsilan (DCS) und Ammoniak bei 700-850°C.
3 SiH2Cl2 + 4 NH3 → Si3N4 + 6 HCl + 6 H2
LPCVD-Abscheidung von poly-Silicium
Poly-Silicium wird durch Zersetzung von Silan bei Temperaturen von 600°-700°C erreicht.
SiH4 → Si + 2 H2
Eine in-situ-Dotierung kann durch Beigabe von Dotiergasen wie Phosphin PH3 oder Boran BH3 erreicht werden. In diesem Fall muss anbei sichergestellt werden, dass die Dotiergaskonzentration über das gesamte Rohr verteilt konstant ist. Das kann durch den Einsatz von Gasinjektoren erreicht werden.
LPCVD-Abscheidung von Metallen
Außerdem ermöglicht LPCVD die Abscheidung dünner, gleichmäßiger Metallfilme (z. B. Wolfram) unter niedrigem Druck und hoher Temperatur für mikroelektronische Anwendungen:
WF6 + 3 H2 → W + 6 HF
