窒化シリコンのLPCVD（低圧化学気相成長）プロセスは、基板上に高品質で緻密なアモルファス窒化シリコン層を成膜する。このプロセスは、半導体製造における様々な用途、特にマスクや誘電体層の形成において極めて重要である。
プロセスの概要
窒化シリコンのLPCVDプロセスでは、通常、前駆体ガスとしてジクロロシラン（DCS）とアンモニアを使用する。これらのガスは、低圧高温環境下で反応し、基板上に固体の窒化ケイ素層を形成する。この反応では副産物として塩酸と水素も生成される。成膜は、ホットウォールLPCVDリアクター内の700～800℃の温度で行われます。
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詳しい説明
- 前駆体ガスの選択：
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ジクロロシランとアンモニアは、LPCVDの条件下で反応して窒化ケイ素を形成するため、前駆体ガスとしてジクロロシランとアンモニアを選択することが重要です。ジクロロシラン（SiH2Cl2）はシリコン源となり、アンモニア（NH3）は窒素源となる。
- 反応条件：
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反応は、通常0.1～1Torr程度の低圧環境で行われ、基板全体に均一な析出を容易にする。高温（700～800℃）は、前駆体ガスの完全な反応を保証し、緻密で均一な窒化ケイ素層の形成を促進する。
- 成膜メカニズム：
- リアクター内で、前駆体ガスは加熱された基板上を流れ、そこで熱分解・反応して窒化ケイ素（Si3N4）を形成する。反応は次のように要約できる：
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[3SiH2Cl2 + 4NH3 ◆rightarrow Si3N4 + 6HCl + 6H2 ]。
- 塩酸と水素は排ガスとして除去され、基板上に純粋な窒化ケイ素層が残る。
- 用途と特性：
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LPCVDによって生成される窒化ケイ素層は、非晶質で緻密、化学的に安定しているため、半導体製造のさまざまな用途に最適です。シリコンの選択酸化（LOCOS）用マスク、シャロートレンチ絶縁用ハードマスク、キャパシタ（DRAMなど）の誘電体層として機能する。
- この層は通常、高い引張応力を示すが、アプリケーションの特定の要件に応じて調整することができる。
課題と制御：
このプロセスでは、均一な成膜と欠陥防止のために、温度、圧力、ガス流量を注意深く制御する必要がある。ホットウォール・リアクターでは、基板全体の膜質を一定に保つため、空乏効果を補正する必要がある。
