Deposición de vapor químico

La deposición química de vapor ( CVD ) es un proceso utilizado para obtener materiales sólidos de alta pureza. El proceso se usa a menudo en la industria de los semiconductores para crear películas delgadas . Como regla general, durante el proceso de CVD, el sustrato se coloca en vapores de una o más sustancias que, al entrar en reacciones mutuas y/o descomponerse, forman una capa de la sustancia requerida en la superficie del sustrato. Lado a lado, a menudo también se forman productos de reacción gaseosos, que son sacados de la cámara de deposición por el flujo del gas portador.

Usando el proceso CVD, se producen materiales de varias estructuras: monocristales , policristales , cuerpos amorfos y epitaxiales . Ejemplos de materiales: silicio , fibra de carbono, nanofibra de carbono, nanotubos de carbono , grafeno , SiO 2 , tungsteno , carburo de silicio, nitruro de silicio , nitruro de titanio , varios dieléctricos y diamantes sintéticos .

Tipos de ECV

Varios tipos de CVD se usan ampliamente y se mencionan a menudo en la literatura.[ ¿Qué? ] . Los procesos difieren en los tipos de reacciones químicas y en las condiciones del proceso.

Clasificación de presión

Deposición de vapor químico a presión atmosférica ( APCVD) : el proceso de CVD se lleva a cabo a presión atmosférica .
La deposición química de vapor a baja presión ( LPCVD) es un proceso de CVD a presión subatmosférica . La presión reducida reduce la posibilidad de reacciones secundarias no deseadas en la fase gaseosa y conduce a una deposición de película más uniforme sobre el sustrato. La mayoría de las configuraciones modernas de CVD son LPCVD o UHVCVD.
CVD al vacío ( Eng. Deposición de vapor químico al vacío ultraalto (UHVCVD) ): el proceso de CVD se lleva a cabo a muy baja presión, generalmente por debajo de 10 −6 Pa (~ 10 −8 mmHg ).

Clasificación según las características físicas del vapor

La CVD asistida por aerosol ( Eng. Aerosol Assisted Chemical vapor deposition (AACVD) ) es un proceso de CVD en el que los precursores se transportan al sustrato en forma de aerosol , que se puede crear de varias maneras, por ejemplo, ultrasonido .
La deposición química de vapor por inyección directa de líquidos (DLICVD) CVD es un proceso de CVD en el que la sustancia inicial se suministra en fase líquida (en forma pura o disuelta en un disolvente). El fluido se inyecta en la cámara a través de un inyector (a menudo se usan inyectores de vehículos). Esta tecnología permite alcanzar una alta velocidad de formación de película.

Métodos de plasma

La deposición química de vapor mejorada con plasma ( PECVD) es un proceso de CVD que utiliza plasma para descomponer precursores, activar la superficie del sustrato y grabar iones . Debido a la mayor temperatura superficial efectiva del sustrato, este método es aplicable a temperaturas más bajas y permite obtener recubrimientos cuyas condiciones de equilibrio de síntesis son inalcanzables por otros métodos debido a la inadmisibilidad del sobrecalentamiento del sustrato u otras razones. En particular, este método produce con éxito películas de diamante e incluso productos relativamente gruesos, como ventanas para sistemas ópticos [1] .
Deposición de vapor químico de plasma de microondas (MPCVD ) CVD activado .
CVD mejorado con plasma indirecto ( Eng. CVD mejorado con plasma remoto (RPECVD) ) - a diferencia de PECVD, solo se produce la descomposición de las sustancias iniciales en el plasma de descarga de gas, mientras que el sustrato en sí no está expuesto a su acción. Esto hace posible excluir el daño por radiación al sustrato y reducir el efecto térmico sobre él. Tal régimen se proporciona debido a la separación espacial de las regiones de descomposición y deposición y puede complementarse con varios métodos de localización de plasma (por ejemplo, usando un campo magnético o aumentando la presión del gas).

Otros métodos

Deposición de capa atómica ( ing. Capa atómica CVD (ALCVD) ): forma capas sucesivas de varios materiales para crear una película cristalina de varios niveles.
La deposición química de vapor por combustión ( CCVD) es un proceso de combustión en una atmósfera abierta .
Deposición de vapor químico de alambre caliente (HWCVD) / CVD de filamento caliente (HFCVD) - también conocido como CVD catalítico ( deposición química de vapor catalítica (Cat-CVD) ). Utiliza un portador caliente para acelerar la reacción de los gases.
La deposición de vapor químico metalorgánico ( MOCVD) es un proceso de CVD que utiliza materiales de partida organometálicos .
La deposición de vapor híbrido físico-químico (HPCVD) es un proceso que utiliza tanto la descomposición química de un precursor como la evaporación de un material sólido.
La deposición térmica rápida de vapor químico ( RTCVD ) es un proceso de CVD que utiliza lámparas incandescentes u otros métodos para calentar rápidamente el sustrato. El calentamiento del sustrato sin calentar el gas permite reducir las reacciones indeseables en fase gaseosa.
Epitaxia en fase de vapor ( Ing. Epitaxia en fase de vapor (VPE) ).

Materiales para microelectrónica

El método de deposición química de vapor permite obtener recubrimientos conformales de alta continuidad, por lo que es ampliamente utilizado en la producción de microelectrónica para obtener capas dieléctricas y conductoras.

Silicio policristalino

El silicio policristalino se obtiene a partir de silanos mediante la reacción de descomposición:

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

La reacción generalmente se lleva a cabo en sistemas LPCVD, ya sea con silano puro o una mezcla de silano y 70-80% de nitrógeno . A una temperatura de 600 °C y 650 °C ya una presión de 25 a 150 Pa , la velocidad de depósito es de 10 a 20 nm por minuto. Una alternativa es utilizar una mezcla de silano e hidrógeno, que reduce la tasa de crecimiento incluso cuando la temperatura sube a 850°C o 1050°C.

Dióxido de silicio

El dióxido de silicio (a menudo denominado simplemente "óxido" en la industria de los semiconductores ) puede depositarse mediante varios procesos diferentes. Las reacciones de oxidación de silano con oxígeno se utilizan:

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

interacción de diclorosilano con óxido nitroso :

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

descomposición de tetraetoxisilano :

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

+ subproductos.

Nitruro de silicio

El nitruro de silicio se utiliza a menudo como aislante y barrera de difusión en la fabricación de circuitos integrados . Use la reacción de la interacción de silano con amoníaco :

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

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

Las siguientes dos reacciones se utilizan en los procesos de plasma para depositar ${\ce {SiNH:}}$

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

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

Metales

CVD es ampliamente utilizado para depositar molibdeno , tantalio , titanio , níquel y tungsteno . Cuando se depositan sobre silicio, estos metales pueden formar siliciuros con propiedades útiles. Mo, Ta y Ti se precipitan en el proceso LPCVD a partir de sus pentacloruros. Ni, Mo, W pueden precipitar de carbonilos a bajas temperaturas . Para el metal pentavalente M , la reacción de reducción del pentacloruro es:

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

Un compuesto de tungsteno de uso común es el hexafluoruro de tungsteno , que se precipita de dos maneras:

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

{\ estilo de visualización {\ ce {WF6 + 3 H2 -> W + 6 HF}}}

Véase también

Notas

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

Literatura

Hugh O. Pierson. Manual de deposición de vapor químico, 1999. ISBN 978-0-8155-1432-9 .
Método Syrkin V. G. CVD. Deposición de vapor químico . - M. : Nauka, 2000. - 482 p. — ISBN 5-02-001683-7 .
Ivanovsky G. F., Petrov V. I. Procesamiento de materiales por plasma iónico. - M. : Radio y comunicación, 1986. - 232 p.

Danilin BS Aplicación de plasma de baja temperatura para la deposición de películas delgadas. — M .: Energoatomizdat, 1989. — 328 p.

Enlaces

Deposición de vapor químico (CVD ) : una introducción