Poly-Silizium

Polykristallines Silizium oder Poly-Si ist eine ultrareine Form von Silizium, die sich durch hervorragende Isoliereigenschaften und Temperaturbeständigkeit auszeichnet. Polysilizium gibt es in zwei Formen, als Brocken und als Granulat, wobei das Granulat bei dünnen Anwendungen und Anwendungen mit hoher Konformität beliebter ist. Poly-Si-Schichten können auch dotiert oder undotiert sein, je nach den Spezifikationen des Endverbrauchers. Dotierung und spezifischer Widerstand stehen in einem umgekehrten Verhältnis zueinander, d.h. je höher die Dotierung, desto niedriger der spezifische Widerstand. Eine leicht dotierte Poly-Si-Schicht hat einen hohen spezifischen Widerstand. Der Widerstand ist der wichtigste Faktor für den Dotierungsgrad der Poly-Si-Schicht.

Undotiertes Polysilizium

Undotierte Polysiliziumschichten werden durch chemische Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LPCVD) abgeschieden. Dies ist die gebräuchlichste Methode zur Abscheidung von Poly-Si. Je nach Anwendung müssen einige Schichten nach der Abscheidung dotiert werden. Der Prozess findet in einem Niedrigtemperaturofen bei 560°C - 650°C statt. Nicht dotierte Poly-Si-Schichten wachsen exponentiell mit steigender Temperatur, obwohl der Temperaturbereich klein ist.

Bei der LPCVD wird Polysilizium in einem Ofen mit niedrigem Atmosphärendruck abgeschieden, um Verunreinigungen zu vermeiden und eine polykristalline Schicht mit hoher Einheitlichkeit zu erzeugen. Elektrische Isolierung ist die häufigste Anwendung für undotierte Polysiliziumschichten, obwohl auch Diffusions- und In-situ-Dotierungsmethoden Poly-Si verwenden.

Die meisten dotierten Polysiliziumschichten verwenden eine Kombination aus drei primären Dotierstoffen: Arsen (As), Phosphor (P) und Bor (B). Es gibt auch drei primäre Arten der Dotierung von Poly-Si:

• Diffusion: Bei der Diffusion von dotiertem Polysilizium wird eine Schicht aus stark dotiertem Glas auf einen undotierten Silizium-Wafer diffundiert. Bei dieser Art der Abscheidung ist die Glasschicht die Dotierstoffquelle, und die Ofentemperatur liegt zwischen 900°C und 1.000°C, damit die Glasschicht mit dem Wafer diffundieren kann. Aufgrund der hohen Temperatur dieses Prozesses kann die Poly-Si-Schicht sowohl diffundieren als auch auf dem Substrat aushärten. Mit dieser Methode ist es sehr einfach, hohe Dotierstoffkonzentrationen zu erreichen, was diese Wafer ideal für Anwendungen mit geringem Widerstand macht.
• Implantieren: Die Ionenimplantation ermöglicht eine präzisere Kontrolle der Dotierstoffkonzentration. Bei diesem Verfahren wird die Poly-Si-Schicht direkt mit hochenergetischen Ionen beschossen und anschließend getempert, um den Wafer zu härten. Diese Methode wird häufig verwendet, wenn eine hohe Leitfähigkeit nicht erforderlich ist, wie z.B. bei Lastwiderständen.
• In-situ: Bei diesem Abscheideverfahren werden den üblichen Reaktionsgasen für die chemische Gasphasenabscheidung die Gase Phosphin (_PH3) und Diboran (_B2H6) hinzugefügt. Der Hauptunterschied zwischen dem In-situ-Verfahren und anderen Abscheidungsverfahren besteht darin, dass die Dotierstoffe während der Abscheidung der Poly-Si-Schicht zugeführt werden und nicht in zwei separaten Schritten. Da das Dotiermittel während der Abscheidung eingebracht wird, ist es möglich, die physikalischen Eigenschaften der Schicht zu verändern, was sich auf die Korngröße und Ausrichtung des Polysiliziums auswirken kann.

Poly-Si Anwendungen

Die Temperaturstabilität von Polysilizium und die hervorragende Wechselwirkung mit Siliziumoxid machen es zur ersten Wahl für verschiedene Anwendungen, darunter die folgenden:

• Gate-Elektroden
• Kondensator-Plattenelektroden
• Verbindungen
• Harte Maske beim Ätzen

SVM Polysilizium Spezifikationen:

Wafer-Durchmesser: 76mm (3″) - 300mm (12″)

Schichtdicke*: 1.000Å - 20.000Å

*Die Dicke der Schicht hängt auch vom Waferdurchmesser und anderen Spezifikationen des Geräts ab