تتضمن عملية ترسيب البخار الكيميائي منخفض الضغط (LPCVD) لنيتريد السيليكون ترسيب طبقة نيتريد السيليكون عالية الجودة والكثيفة وغير المتبلورة على الركيزة. وتُعد هذه العملية حاسمة في تصنيع أشباه الموصلات لمختلف التطبيقات، خاصةً في إنشاء الأقنعة والطبقات العازلة.
ملخص العملية:
تستخدم عملية التفريغ الكهروضوئي المنخفض الكثافة لنيتريد السيليكون عادةً ثنائي كلورو السيلان (DCS) والأمونيا كغازات سليفة. تتفاعل هذه الغازات في بيئة ذات ضغط منخفض ودرجة حرارة عالية لتشكيل طبقة نيتريد السيليكون الصلبة على الركيزة. وينتج التفاعل أيضًا حمض الهيدروكلوريك والهيدروجين كمنتجات ثانوية. ويحدث الترسيب عند درجات حرارة تتراوح بين 700 و800 درجة مئوية في مفاعل LPCVD ذي الجدار الساخن.
-
شرح مفصل:
- اختيار غاز السلائف:
-
يعد اختيار ثنائي كلورو السيلان والأمونيا كغازات سليفة أمرًا بالغ الأهمية لأنهما يتفاعلان في ظل ظروف LPCVD لتكوين نيتريد السيليكون. يوفر ثنائي كلورو سيلان (SiH2Cl2) مصدر السيليكون، بينما توفر الأمونيا (NH3) النيتروجين.
- ظروف التفاعل:
-
يتم إجراء التفاعل في بيئة منخفضة الضغط، عادةً ما يتراوح بين 0.1 إلى 1 تور، مما يسهل الترسيب المنتظم عبر الركيزة. تضمن درجة الحرارة العالية (700-800 درجة مئوية) التفاعل الكامل للغازات السليفة وتعزز تكوين طبقة كثيفة وموحدة من نيتريد السيليكون.
- آلية الترسيب:
- في المفاعل، تتدفق غازات السلائف فوق الركيزة المسخنة حيث تتحلل حرارياً وتتفاعل لتكوين نيتريد السيليكون (Si3N4). يمكن تلخيص التفاعل على النحو التالي:
-
[3SiH2Cl2 + 4NH3 \right Si3N4 + 6HCl + 6H2]
- تتم إزالة حمض الهيدروكلوريك والهيدروجين كغازات عادم، تاركين وراءهما طبقة نيتريد السيليكون النقي على الركيزة.
- التطبيقات والخصائص:
-
طبقة نيتريد السيليكون التي تنتجها تقنية LPCVD غير متبلورة وكثيفة ومستقرة كيميائياً، مما يجعلها مثالية لمختلف التطبيقات في تصنيع أشباه الموصلات. وهي بمثابة قناع للأكسدة الانتقائية للسيليكون (LOCOS)، وقناع صلب لعزل الخندق الضحل، وطبقة عازلة في المكثفات (على سبيل المثال، في DRAMs).
- تُظهر الطبقة عادةً إجهاد شد عالٍ، والذي يمكن تعديله اعتمادًا على المتطلبات المحددة للتطبيق.
التحديات والتحكم:
تتطلب العملية تحكماً دقيقاً في درجة الحرارة والضغط ومعدلات تدفق الغاز لضمان ترسيب موحد ومنع العيوب. في مفاعل الجدار الساخن، يجب تعويض تأثيرات النضوب في مفاعل الجدار الساخن للحفاظ على جودة غشاء متناسقة عبر الركيزة.
