Chemická depozice par

Chemická depozice z plynné fáze ( CVD ) je proces používaný k získání vysoce čistých pevných materiálů. Tento proces se často používá v polovodičovém průmyslu k vytváření tenkých vrstev . Substrát je zpravidla při procesu CVD umístěn do par jedné nebo více látek, které vstupem do vzájemných reakcí a/nebo rozkladem vytvoří na povrchu substrátu vrstvu požadované látky. Vedle sebe často vznikají také plynné reakční produkty, které jsou proudem nosného plynu vynášeny z nanášecí komory.

Pomocí procesu CVD se vyrábějí materiály různých struktur: monokrystaly , polykrystaly , amorfní tělesa a epitaxní . Příklady materiálů: křemík , uhlíková vlákna , uhlíková nanovlákna , uhlíkové nanotrubice , grafen , SiO 2 , wolfram , karbid křemíku , nitrid křemíku , nitrid titanu , různá dielektrika a syntetické diamanty .

Typy CVD

Různé typy CVD jsou široce používané a často zmiňované v literatuře.[ co? ] . Procesy se liší v typech chemických reakcí a v podmínkách procesu.

Klasifikace tlaku

Atmospheric Pressure Chemical Vapour Deposition ( APCVD) - proces CVD probíhá při atmosférickém tlaku .
Nízkotlaká chemická depozice z plynné fáze ( LPCVD) je proces CVD při subatmosférickém tlaku . Snížený tlak snižuje možnost nežádoucích vedlejších reakcí v plynné fázi a vede k rovnoměrnějšímu usazování filmu na substrátu. Většina moderních nastavení CVD je buď LPCVD nebo UHVCVD.
Vakuové CVD ( angl. Ultra high Vacuum chemical vapor deposition (UHVCVD) ) - proces CVD probíhá při velmi nízkém tlaku, obvykle pod 10 −6 Pa (~ 10 −8 mmHg ).

Klasifikace podle fyzikálních vlastností páry

Aerosol-assisted CVD ( anglicky Aerosol Assisted Chemical vapor deposition (AACVD) ) je proces CVD, při kterém jsou prekurzory transportovány do substrátu ve formě aerosolu , který lze vytvořit různými způsoby, například ultrazvukem .
Chemická depozice z plynné fáze s přímým vstřikováním kapaliny (DLICVD) CVD je proces CVD, při kterém se výchozí látka dodává v kapalné fázi (v čisté formě nebo rozpuštěná v rozpouštědle). Kapalina je vstřikována do komory přes injektor (často se používají automobilové vstřikovače). Tato technologie umožňuje dosáhnout vysoké rychlosti tvorby filmu.

Plazmové metody

Plazmově zesílená chemická depozice z plynné fáze ( PECVD) je proces CVD, který využívá plazmu k rozkladu prekurzorů, aktivaci povrchu substrátu a iontovému leptání . Vzhledem k vyšší efektivní teplotě povrchu substrátu je tato metoda použitelná při nižších teplotách a umožňuje získat povlaky, jejichž rovnovážné podmínky syntézy jsou jinými metodami nedosažitelné z důvodu nepřípustnosti přehřívání substrátu nebo z jiných důvodů. Zejména tato metoda úspěšně vyrábí diamantové filmy a dokonce i relativně silné produkty, jako jsou okna pro optické systémy [1] .
CVD aktivované mikrovlnnou plazmovou chemickou depozicí z plynné fáze (MPCVD ) .
Nepřímé plasma-enhanced CVD ( Eng. Remote plasma-enhanced CVD (RPECVD) ) - na rozdíl od PECVD dochází v plazmatu plynového výboje pouze k rozkladu výchozích látek, přičemž samotný substrát není vystaven jeho působení. To umožňuje vyloučit radiační poškození substrátu a snížit tepelné působení na něj. Takový režim je zajištěn díky prostorovému oddělení oblastí rozkladu a depozice a může být doplněn různými metodami lokalizace plazmatu (například pomocí magnetického pole nebo zvýšením tlaku plynu).

Jiné metody

Atomic layer deposition ( ang. Atomic layer CVD (ALCVD) ) - vytváří po sobě jdoucí vrstvy různých materiálů za účelem vytvoření víceúrovňového krystalického filmu.
Combustion Chemical Vapour Deposition ( CCVD) je spalovací proces v otevřené atmosféře .
Chemická depozice z plynné fáze horkým drátem (HWCVD) / CVD horkým vláknem (HFCVD) – také známé jako katalytické CVD ( Catalitic chemical vapor deposition (Cat-CVD) ). Používá horký nosič k urychlení reakce plynů.
Metalorganická chemická depozice z plynné fáze ( MOCVD) je proces CVD, který využívá organokovové výchozí materiály .
Hybridní fyzikálně-chemická depozice z plynné fáze (HPCVD) je proces , který využívá jak chemického rozkladu prekurzoru, tak i odpařování pevného materiálu.
Rychlá tepelná chemická depozice z par ( RTCVD ) je proces CVD, který využívá žárovky nebo jiné metody k rychlému zahřátí substrátu. Zahřívání substrátu bez zahřívání plynu umožňuje omezit nežádoucí reakce v plynné fázi.
Epitaxe v parní fázi ( Eng. Vapor phase epitaxy (VPE) ).

Materiály pro mikroelektroniku

Metoda chemického napařování umožňuje získat konformní povlaky s vysokou kontinuitou, a proto je široce používána ve výrobě mikroelektroniky k získání dielektrických a vodivých vrstev.

Polykrystalický křemík

Polykrystalický křemík se získává ze silanů rozkladnou reakcí:

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

Reakce se obvykle provádí v systémech LPCVD, buď s čistým silanem nebo se směsí silanu a 70-80% dusíku . Při teplotě 600 °C a 650 °C a tlaku 25 až 150 Pa je rychlost nanášení od 10 do 20 nm za minutu. Alternativou je použití směsi silanu a vodíku, která snižuje rychlost růstu, i když teplota stoupne na 850 °C nebo 1050 °C.

Oxid křemičitý

Oxid křemičitý (často označovaný jednoduše jako „oxid“ v polovodičovém průmyslu ) lze ukládat několika různými procesy. Používají se reakce oxidace silanu s kyslíkem:

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

interakce dichlorsilanu s oxidem dusným :

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

rozklad tetraethoxysilanu :

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

+ vedlejší produkty.

Nitrid křemíku

Nitrid křemíku se často používá jako izolant a difúzní bariéra při výrobě integrovaných obvodů . Použijte reakci interakce silanu s amoniakem :

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

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

Následující dvě reakce se používají v plazmových procesech k ukládání ${\ce {SiNH:}}$

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

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

Kovy

CVD se široce používá k ukládání molybdenu , tantalu , titanu , niklu a wolframu . Po nanesení na křemík mohou tyto kovy tvořit silicidy s užitečnými vlastnostmi. Mo, Ta a Ti se vysrážejí v procesu LPCVD z jejich pentachloridů. Ni, Mo, W se mohou vysrážet z karbonylů při nízkých teplotách . Pro pětimocný kov M je redukční reakce z pentachloridu:

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

Běžně používanou sloučeninou wolframu je hexafluorid wolframu , který se vysráží dvěma způsoby:

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

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

Viz také

Poznámky

↑ Strelnitsky V. E., Aksenov I. I. Films of diamond-like carbon. - Charkov: IPP "Kontrast, 2006.

Literatura

Hugh O. Pierson. Handbook of Chemical Vapour Deposition, 1999. ISBN 978-0-8155-1432-9 .
Syrkin V. G. CVD metoda. Chemická depozice z plynné fáze . - M .: Nauka, 2000. - 482 s. — ISBN 5-02-001683-7 .
Ivanovsky G. F., Petrov V. I. Ion-plasma processing of materials. - M . : Rozhlas a komunikace, 1986. - 232 s.

Danilin BS Aplikace nízkoteplotního plazmatu pro depozici tenkých vrstev. — M .: Energoatomizdat, 1989. — 328 s.

Odkazy

Chemická depozice z plynné fáze (CVD ) - Úvod