Kemisk ångavsättning

Kemisk ångavsättning ( CVD ) är en process som används för att erhålla fasta material med hög renhet. Processen används ofta i halvledarindustrin för att skapa tunna filmer . Som regel, under CVD-processen, placeras substratet i ångor av ett eller flera ämnen, som, som går in i ömsesidiga reaktioner och/eller sönderfaller, bildar ett skikt av den erforderliga substansen på ytan av substratet. Sida vid sida bildas ofta även gasformiga reaktionsprodukter, vilka förs ut ur deponeringskammaren genom flödet av bärgasen.

Med hjälp av CVD-processen produceras material av olika strukturer: enkristaller , polykristaller , amorfa kroppar och epitaxiella . Exempel på material: kisel , kolfiber , kolnanofiber , kolnanorör , grafen , SiO 2 , volfram , kiselkarbid , kiselnitrid , titannitrid , olika dielektrika och syntetiska diamanter .

Typer av CVDs

Olika typer av CVD används ofta och nämns ofta i litteraturen.[ vad? ] . Processer skiljer sig åt i typerna av kemiska reaktioner och i villkoren för processen.

Tryckklassificering

Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition ( APCVD) - CVD-processen äger rum vid atmosfärstryck .
Lågtryckskemisk ångdeposition ( LPCVD) är en CVD-process vid subatmosfäriskt tryck . Det reducerade trycket minskar risken för oönskade sidoreaktioner i gasfasen och leder till mer enhetlig filmavsättning på substratet. De flesta moderna CVD-inställningar är antingen LPCVD eller UHVCVD.
Vacuum CVD ( Eng. Ultra high vacuum chemical vapour deposition (UHVCVD) ) - CVD-processen äger rum vid mycket lågt tryck, vanligtvis under 10 −6 Pa (~ 10 −8 mmHg ).

Klassificering enligt de fysiska egenskaperna hos ånga

Aerosolassisterad CVD ( Eng. Aerosol Assisted Chemical vapour deposition (AACVD) ) är en CVD-process där prekursorer transporteras till substratet i form av en aerosol , som kan skapas på olika sätt, till exempel ultraljud .
Direkt vätskeinjektion, kemisk ångdeposition (DLICVD) CVD är en CVD-process där det ursprungliga ämnet tillförs i vätskefasen (i ren form eller löst i ett lösningsmedel). Vätska sprutas in i kammaren genom en injektor (fordonsinjektorer används ofta). Denna teknik gör det möjligt att uppnå en hög hastighet av filmbildning.

Plasmametoder

Plasmaförstärkt kemisk ångdeposition ( PECVD) är en CVD-process som använder plasma för att sönderdela prekursorer, aktivera substratytan och jonetsa . På grund av den högre effektiva substratyttemperaturen är denna metod tillämpbar vid lägre temperaturer och gör det möjligt att erhålla beläggningar vars jämviktssyntesförhållanden är ouppnåbara med andra metoder på grund av att substratets överhettning är otillåten eller av andra skäl. I synnerhet producerar denna metod framgångsrikt diamantfilmer och till och med relativt tjocka produkter, såsom fönster för optiska system [1] .
Mikrovågsplasma kemisk ångdeposition (MPCVD ) aktiverad CVD .
Indirekt plasmaförstärkt CVD ( Eng. Remote plasma-enhanced CVD (RPECVD) ) - till skillnad från PECVD sker endast nedbrytning av de initiala ämnena i gasurladdningsplasman, medan själva substratet inte utsätts för dess verkan. Detta gör det möjligt att utesluta strålningsskador på substratet och minska den termiska effekten på det. En sådan regim tillhandahålls på grund av den rumsliga separationen av områdena för nedbrytning och avsättning och kan kompletteras med olika metoder för plasmalokalisering (till exempel med användning av ett magnetfält eller ökande gastryck).

Andra metoder

Atomskiktsdeposition ( eng. Atomic layer CVD (ALCVD) ) - bildar successiva skikt av olika material för att skapa en kristallin film i flera nivåer.
Combustion Chemical Vapor Deposition ( CCVD) är en förbränningsprocess i en öppen atmosfär .
Hotwire kemisk ångdeposition (HWCVD) / varm filament CVD (HFCVD) - även känd som katalytisk CVD ( Katalitisk kemisk ångdeposition (Cat-CVD) ). Använder en varm bärare för att påskynda reaktionen av gaser.
Metallorganisk kemisk ångavsättning ( MOCVD) är en CVD-process som använder organometalliska utgångsmaterial .
Hybrid Physical-Chemical Vapor Deposition (HPCVD) är en process som använder både kemisk nedbrytning av en prekursor och avdunstning av ett fast material.
Snabb termisk kemisk ångavsättning ( RTCVD ) är en CVD-process som använder glödlampor eller andra metoder för att snabbt värma upp substratet. Uppvärmning av substratet utan att värma gasen gör det möjligt att reducera oönskade reaktioner i gasfasen.
Vapor phase epitaxi ( Eng. Vapor phase epitaxy (VPE) ).

Material för mikroelektronik

Den kemiska ångavsättningsmetoden gör det möjligt att erhålla konforma beläggningar med hög kontinuitet, och därför används den i stor utsträckning i mikroelektronikproduktion för att erhålla dielektriska och ledande skikt.

Polykristallint kisel

Polykristallint kisel erhålls från silaner genom nedbrytningsreaktionen:

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

Reaktionen utförs vanligtvis i LPCVD-system, antingen med ren silan eller en blandning av silan och 70-80% kväve . Vid en temperatur av 600 °C och 650 °C och vid ett tryck av 25 till 150 Pa är avsättningshastigheten från 10 till 20 nm per minut. Ett alternativ är att använda en blandning av silan och väte, vilket minskar tillväxthastigheten även när temperaturen stiger till 850°C eller 1050°C.

Kiseldioxid

Kiseldioxid (ofta kallad "oxid" i halvledarindustrin ) kan avsättas genom flera olika processer. Reaktionerna av silanoxidation med syre används:

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

interaktion mellan diklorsilan och dikväveoxid :

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

nedbrytning av tetraetoxisilan :

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

+ biprodukter.

Kiselnitrid

Kiselnitrid används ofta som isolator och diffusionsbarriär vid tillverkning av integrerade kretsar . Använd reaktionen av interaktionen av silan med ammoniak :

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

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

Följande två reaktioner används i plasmaprocesser för att avsätta ${\ce {SiNH:}}$

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

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

Metaller

CVD används ofta för att deponera molybden , tantal , titan , nickel och volfram . När de avsätts på kisel kan dessa metaller bilda silicider med användbara egenskaper. Mo, Ta och Ti fälls ut i LPCVD-processen från sina pentaklorider. Ni, Mo, W kan fällas ut från karbonyler vid låga temperaturer . För den femvärda metallen M är reduktionsreaktionen från pentaklorid:

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

En vanlig volframförening är volframhexafluorid , som fälls ut på två sätt:

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

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

Se även

Anteckningar

↑ Strelnitsky V. E., Aksenov I. I. Filmer av diamantliknande kol. - Kharkov: IPP "Contrast, 2006.

Litteratur

Hugh O. Pierson. Handbook of Chemical Vapor Deposition, 1999. ISBN 978-0-8155-1432-9 .
Syrkin V. G. CVD-metod. Kemisk ångavsättning . - M . : Nauka, 2000. - 482 sid. — ISBN 5-02-001683-7 .
Ivanovsky G. F., Petrov V. I. Jon-plasmabehandling av material. - M . : Radio och kommunikation, 1986. - 232 sid.

Danilin BS Applicering av lågtemperaturplasma för deponering av tunna filmer. — M .: Energoatomizdat, 1989. — 328 sid.

Länkar

Kemisk ångavsättning (CVD ) - En introduktion