Kemisk dampaflejring

Kemisk dampaflejring ( CVD ) er en proces, der bruges til at opnå faste materialer med høj renhed. Processen bruges ofte i halvlederindustrien til at skabe tynde film . Som regel anbringes substratet under CVD-processen i dampe af et eller flere stoffer, som, der indgår i gensidige reaktioner og/eller nedbrydes, danner et lag af det nødvendige stof på overfladen af substratet. Side om side dannes der ofte også gasformige reaktionsprodukter, som føres ud af deponeringskammeret ved strømmen af bæregassen.

Ved hjælp af CVD-processen fremstilles materialer af forskellige strukturer: enkeltkrystaller , polykrystaller , amorfe kroppe og epitaksiale . Eksempler på materialer: silicium , kulfiber , kulstofnanofiber , kulstofnanorør , grafen , SiO 2 , wolfram , siliciumcarbid , siliciumnitrid , titaniumnitrid , forskellige dielektrika og syntetiske diamanter .

Typer af CVD'er

Forskellige typer CVD er meget udbredt og ofte nævnt i litteraturen.[ hvad? ] . Processer adskiller sig i typerne af kemiske reaktioner og i betingelserne for processen.

Trykklassificering

Atmosfærisk tryk kemisk dampaflejring ( APCVD) - CVD-proces finder sted ved atmosfærisk tryk .
Kemisk lavtryksdampaflejring ( LPCVD) er en CVD-proces ved subatmosfærisk tryk . Det reducerede tryk reducerer muligheden for uønskede sidereaktioner i gasfasen og fører til mere ensartet filmaflejring på substratet. De fleste moderne CVD-opsætninger er enten LPCVD eller UHVCVD.
Vacuum CVD ( Eng. Ultra high vacuum chemical vapour deposition (UHVCVD) ) - CVD-proces finder sted ved meget lavt tryk, normalt under 10 −6 Pa (~ 10 −8 mmHg ).

Klassificering i henhold til dampens fysiske egenskaber

Aerosol-assisteret CVD ( Eng. Aerosol Assisted Chemical vapor deposition (AACVD) ) er en CVD-proces, hvor prækursorer transporteres til underlaget i form af en aerosol , som kan skabes på forskellige måder, for eksempel ultralyd .
Direkte væskeinjektion kemisk dampaflejring (DLICVD) CVD er en CVD-proces, hvor det oprindelige stof tilføres i væskefasen (i ren form eller opløst i et opløsningsmiddel). Væske sprøjtes ind i kammeret gennem en injektor (bilinjektorer bruges ofte). Denne teknologi gør det muligt at opnå en høj hastighed af filmdannelse.

Plasmametoder

Plasma- forstærket kemisk dampaflejring ( PECVD) er en CVD-proces, der bruger plasma til at nedbryde prækursorer, aktivere substratoverfladen og ionætse . På grund af den højere effektive substratoverfladetemperatur er denne metode anvendelig ved lavere temperaturer og gør det muligt at opnå belægninger, hvis ligevægtssyntesebetingelser er uopnåelige med andre metoder på grund af den utilladelige substratoverophedning eller andre årsager. Denne metode producerer især diamantfilm og endda relativt tykke produkter, såsom vinduer til optiske systemer [1] .
Mikrobølgeplasma kemisk dampaflejring (MPCVD ) aktiveret CVD .
Indirekte plasma-forstærket CVD ( Eng. Remote plasma-enhanced CVD (RPECVD) ) - i modsætning til PECVD sker der kun nedbrydning af de initiale stoffer i gasudledningsplasmaet, mens selve substratet ikke udsættes for dets påvirkning. Dette gør det muligt at udelukke strålingsskader på underlaget og reducere den termiske effekt på det. Et sådant regime er tilvejebragt på grund af den rumlige adskillelse af områderne med nedbrydning og aflejring og kan suppleres med forskellige metoder til plasmalokalisering (for eksempel ved hjælp af et magnetfelt eller stigende gastryk).

Andre metoder

Atomic layer deposition ( eng. Atomic layer CVD (ALCVD) ) - danner successive lag af forskellige materialer for at skabe en krystallinsk film i flere niveauer.
Combustion Chemical Vapor Deposition ( CCVD) er en forbrændingsproces i en åben atmosfære .
Hotwire kemisk dampaflejring (HWCVD) / varm filament CVD (HFCVD) - også kendt som katalytisk CVD ( Catalytic Chemical vapor deposition (Cat-CVD) ). Bruger en varm bærer til at fremskynde reaktionen af gasser.
Metalorganisk kemisk dampaflejring ( MOCVD) er en CVD-proces, der bruger organometalliske udgangsmaterialer .
Hybrid Fysisk-Kemisk Vapor Deposition (HPCVD) er en proces, der både bruger den kemiske nedbrydning af en precursor og fordampningen af et fast materiale.
Hurtig termisk kemisk dampaflejring ( RTCVD ) er en CVD-proces, der bruger glødelamper eller andre metoder til hurtigt at opvarme substratet. Opvarmning af substratet uden opvarmning af gassen gør det muligt at reducere uønskede reaktioner i gasfasen.
Dampfaseepitaksi ( Eng. Dampfaseepitaksi (VPE) ).

Materialer til mikroelektronik

Den kemiske dampaflejringsmetode gør det muligt at opnå konforme belægninger med høj kontinuitet, og derfor bruges den i vid udstrækning i mikroelektronikproduktion for at opnå dielektriske og ledende lag.

Polykrystallinsk silicium

Polykrystallinsk silicium opnås fra silaner ved nedbrydningsreaktionen:

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

Reaktionen udføres sædvanligvis i LPCVD-systemer, enten med ren silan eller en blanding af silan og 70-80% nitrogen . Ved en temperatur på 600 °C og 650 °C og ved et tryk på 25 til 150 Pa er afsætningshastigheden fra 10 til 20 nm pr. minut. Et alternativ er at bruge en blanding af silan og brint, som reducerer væksthastigheden, selv når temperaturen stiger til 850°C eller 1050°C.

Siliciumdioxid

Siliciumdioxid (ofte blot omtalt som "oxid" i halvlederindustrien ) kan aflejres ved flere forskellige processer. Reaktionerne af silanoxidation med oxygen bruges:

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

interaktion mellem dichlorsilan og dinitrogenoxid :

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

nedbrydning af tetraethoxysilan :

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

+ biprodukter.

Siliciumnitrid

Siliciumnitrid bruges ofte som isolator og diffusionsbarriere ved fremstilling af integrerede kredsløb . Brug reaktionen af interaktionen af silan med ammoniak :

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

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

Følgende to reaktioner bruges i plasmaprocesser til at afsætte ${\ce {SiNH:}}$

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

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

Metaller

CVD er meget brugt til at afsætte molybdæn , tantal , titanium , nikkel og wolfram . Når de aflejres på silicium, kan disse metaller danne silicider med nyttige egenskaber. Mo, Ta og Ti udfældes i LPCVD-processen fra deres pentachlorider. Ni, Mo, W kan udfældes fra carbonyler ved lave temperaturer . For det pentavalente metal M er reduktionsreaktionen fra pentachlorid:

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

En almindeligt anvendt wolframforbindelse er wolframhexafluorid , som udfældes på to måder:

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

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

Se også

Noter

↑ Strelnitsky V. E., Aksenov I. I. Film af diamantlignende kulstof. - Kharkov: IPP "Contrast, 2006.

Litteratur

Hugh O. Pierson. Handbook of Chemical Vapor Deposition, 1999. ISBN 978-0-8155-1432-9 .
Syrkin V. G. CVD-metode. Kemisk dampaflejring . - M . : Nauka, 2000. - 482 s. — ISBN 5-02-001683-7 .
Ivanovsky G. F., Petrov V. I. Ion-plasmabehandling af materialer. - M . : Radio og kommunikation, 1986. - 232 s.

Danilin BS Anvendelse af lavtemperaturplasma til aflejring af tyndfilm. — M .: Energoatomizdat, 1989. — 328 s.