Depuneri chimice de vapori

Depunerea chimică în vapori ( CVD ) este un proces utilizat pentru a obține materiale solide de înaltă puritate. Procesul este adesea folosit în industria semiconductoarelor pentru a crea pelicule subțiri . De regulă, în timpul procesului CVD, substratul este plasat în vapori ai uneia sau mai multor substanțe, care, intrând în reacții reciproce și/sau descompunându-se, formează un strat de substanță necesară pe suprafața substratului. Unul lângă altul, se formează adesea și produși de reacție gazoși, care sunt scoși din camera de depunere prin fluxul de gaz purtător.

Cu ajutorul procesului CVD se produc materiale de diferite structuri: monocristale , policristale , corpuri amorfe și epitaxiale . Exemple de materiale: siliciu , fibră de carbon , nanofibră de carbon , nanotuburi de carbon , grafen , SiO 2 , wolfram , carbură de siliciu , nitrură de siliciu , nitrură de titan , diverse dielectrice și diamante sintetice .

Tipuri de CVD

Diverse tipuri de BCV sunt utilizate pe scară largă și adesea menționate în literatură.[ ce? ] . Procesele diferă în tipurile de reacții chimice și în condițiile procesului.

Clasificarea presiunii

Depunerea de vapori chimici la presiune atmosferică ( APCVD) - procesul CVD are loc la presiunea atmosferică .
Depunerea chimică de vapori la presiune joasă ( LPCVD) este un proces CVD la presiune subatmosferică . Presiunea redusă reduce posibilitatea unor reacții secundare nedorite în faza gazoasă și duce la depunerea mai uniformă a filmului pe substrat. Cele mai multe setări CVD moderne sunt fie LPCVD, fie UHVCVD.
Vacuum CVD ( Ing. Ultra high vacuum chemical vapor deposition (UHVCVD) ) - procesul CVD are loc la presiune foarte scăzută, de obicei sub 10 −6 Pa (~ 10 −8 mmHg ).

Clasificarea după caracteristicile fizice ale aburului

CVD asistată de aerosoli ( Eng. Aerosol Assisted Chemical vapor deposition (AACVD) ) este un proces CVD în care precursorii sunt transportați la substrat sub formă de aerosol , care poate fi creat în diferite moduri, de exemplu, cu ultrasunete .
Depunerea chimică în vapori cu injecție directă de lichid (DLICVD) CVD este un proces CVD în care substanța inițială este furnizată în fază lichidă (în formă pură sau dizolvată într-un solvent). Fluidul este injectat în cameră printr-un injector (se folosesc adesea injectoare pentru vehicule). Această tehnologie permite obținerea unei viteze mari de formare a filmului.

Metode cu plasmă

Depunerea chimică de vapori îmbunătățită cu plasmă ( PECVD) este un proces CVD care utilizează plasmă pentru a descompune precursorii, a activa suprafața substratului și a grava ionic . Datorită temperaturii efective mai ridicate a suprafeței substratului, această metodă este aplicabilă la temperaturi mai scăzute și face posibilă obținerea de acoperiri ale căror condiții de sinteză de echilibru nu sunt atinse prin alte metode din cauza inadmisibilității supraîncălzirii substratului sau din alte motive. În special, această metodă produce cu succes filme de diamant și chiar produse relativ groase, precum ferestre pentru sisteme optice [1] .
Depunerea de vapori chimici cu plasmă cu microunde (MPCVD ) activat CVD .
CVD indirect cu plasmă îmbunătățită ( Eng. Remote plasma-enhanced CVD (RPECVD) ) - spre deosebire de PECVD, numai descompunerea substanțelor inițiale are loc în plasma de descărcare în gaz, în timp ce substratul în sine nu este expus acțiunii sale. Acest lucru face posibilă excluderea daunelor radiațiilor asupra substratului și reducerea efectului termic asupra acestuia. Un astfel de regim este asigurat datorită separării spațiale a regiunilor de descompunere și depunere și poate fi completat prin diferite metode de localizare a plasmei (de exemplu, folosind un câmp magnetic sau creșterea presiunii gazului).

Alte metode

Depunerea stratului atomic ( ing. Atomic layer CVD (ALCVD) ) - formează straturi succesive de diferite materiale pentru a crea un film cristalin cu mai multe niveluri.
Depunerea de vapori chimici prin ardere ( CCVD) este un proces de ardere într-o atmosferă deschisă .
Depunere chimică de vapori cu fir fierbinte (HWCVD) / CVD cu filament fierbinte (HFCVD) - cunoscută și sub denumirea de CVD catalitică ( Depunerea de vapori chimici catalitici (Cat-CVD) ). Folosește un purtător fierbinte pentru a accelera reacția gazelor.
Depunerea chimică metalorganică în vapori ( MOCVD) este un proces CVD care utilizează materii prime organometalice .
Depunerea hibridă fizico-chimică în vapori (HPCVD) este un proces care utilizează atât descompunerea chimică a unui precursor, cât și evaporarea unui material solid.
Depunerea rapidă termică chimică în vapori ( RTCVD ) este un proces CVD care utilizează lămpi incandescente sau alte metode pentru a încălzi rapid substratul. Încălzirea substratului fără încălzirea gazului face posibilă reducerea reacțiilor nedorite în faza gazoasă.
Epitaxie în fază de vapori (Epitaxia în fază de vapori ( Eng. Vapor phase epitaxie ) (VPE) ).

Materiale pentru microelectronică

Metoda de depunere chimică în vapori face posibilă obținerea de acoperiri conforme de înaltă continuitate și, prin urmare, este utilizată pe scară largă în producția de microelectronice pentru a obține straturi dielectrice și conductoare.

Siliciu policristalin

Siliciul policristalin se obține din silani prin reacția de descompunere:

{\ce {SiH4 -> Si + 2 H2}}

Reacția este de obicei efectuată în sisteme LPCVD, fie cu silan pur, fie cu un amestec de silan și 70-80% azot . La o temperatură de 600 °C și 650 °C și la o presiune de 25 până la 150 Pa , viteza de depunere este de la 10 la 20 nm pe minut. O alternativă este utilizarea unui amestec de silan și hidrogen, care reduce rata de creștere chiar și atunci când temperatura crește la 850°C sau 1050°C.

Dioxid de siliciu

Dioxidul de siliciu (deseori denumit pur și simplu „oxid” în industria semiconductoarelor ) poate fi depus prin mai multe procese diferite. Reacțiile de oxidare a silanului cu oxigenul sunt utilizate:

{\ce {SiH4 + O2 -> SiO2 + 2 H2,}}

interacțiunea diclorosilanului cu protoxidul de azot :

{\ce {SiCl2H2 + 2 N2O -> SiO2 + 2 N2 + 2 HCl,}}

descompunerea tetraetoxisilanului :

{\ce {Si(OC2H5)4 -> SiO2}}

+ produse secundare.

Nitrură de siliciu

Nitrura de siliciu este adesea folosită ca izolator și barieră de difuzie în fabricarea circuitelor integrate . Utilizați reacția interacțiunii silanului cu amoniacul :

{\ce {3 SiH4 + 4 NH3 -> Si3N4 + 12 H2,}}

{\ce {3 SiCl2H2 + 4 NH3 -> Si3N4 + 6 HCl + 6 H2))

Următoarele două reacții sunt utilizate în procesele cu plasmă pentru depunere ${\ce {SiNH:}}$

{\ce {2 SiH4 + N2 -> 2 SiNH + 3 H2,}}

{\ce {SiH4 + NH3 -> SiNH + 3 H2}}

Metale

CVD este utilizat pe scară largă pentru a depune molibden , tantal , titan , nichel și wolfram . Atunci când sunt depuse pe siliciu, aceste metale pot forma siliciuri cu proprietăți utile. Mo, Ta și Ti sunt precipitate în procesul LPCVD din pentaclorurile lor. Ni, Mo, W pot precipita din carbonili la temperaturi scăzute . Pentru metalul pentavalent M , reacția de reducere din pentaclorură este:

{\ce {2 MCl5 + 5 H2 -> 2 M + 10 HCl))

Un compus de wolfram utilizat în mod obișnuit este hexafluorura de wolfram , care este precipitată în două moduri:

{\ce {WF6 -> W+3 F2,}}

{\ce {WF6 + 3 H2 -> W + 6 HF))

Vezi și

Note

↑ Strelnitsky V. E., Aksenov I. I. Filme de carbon asemănător diamantului. - Harkov: IPP „Contrast, 2006.

Literatură

Hugh O. Pierson. Handbook of Chemical Vapor Deposition, 1999. ISBN 978-0-8155-1432-9 .
Syrkin V. G. CVD-metoda. Depunerea de vapori chimici . - M . : Nauka, 2000. - 482 p. — ISBN 5-02-001683-7 .
Ivanovsky G. F., Petrov V. I. Prelucrarea materialelor ion-plasmă. - M . : Radio şi comunicare, 1986. - 232 p.

Danilin BS Aplicarea plasmei la temperatură joasă pentru depunerea filmelor subțiri. — M .: Energoatomizdat, 1989. — 328 p.

Link -uri

Depunerea chimică în vapori (CVD ) - o introducere