Vegyszer permet lerakódás

A kémiai gőzfázisú leválasztás ( CVD ) olyan eljárás , amelyet nagy tisztaságú szilárd anyagok előállítására használnak. Az eljárást gyakran használják a félvezetőiparban vékony filmek készítésére . A CVD-eljárás során a szubsztrátumot általában egy vagy több anyag gőzeibe helyezik, amelyek kölcsönös reakciókba lépve és/vagy lebomlanak, a szükséges anyagból réteget képeznek a hordozó felületén. Egymás mellett gyakran keletkeznek gáznemű reakciótermékek is, amelyeket a vivőgáz áramlása juttat ki a leválasztókamrából.

A CVD eljárással különféle szerkezetű anyagokat állítanak elő: egykristályok , polikristályok , amorf testek és epitaxiális anyagok . Példák az anyagokra: szilícium , szénszál , szén nanoszál , szén nanocsövek , grafén , SiO 2 , volfrám , szilícium-karbid , szilícium -nitrid , titán-nitrid , különféle dielektrikumok és szintetikus gyémántok .

A CVD-k típusai

A CVD különféle típusait széles körben használják, és gyakran említik a szakirodalomban.[ mi? ] . A folyamatok különböznek a kémiai reakciók típusában és a folyamat körülményeiben.

Nyomás osztályozás

Atmoszférikus nyomású kémiai gőzleválasztás ( APCVD) - CVD folyamat atmoszférikus nyomáson megy végbe .
Az alacsony nyomású kémiai gőzleválasztás ( LPCVD) egy CVD-eljárás atmoszférikus alatti nyomáson . A csökkentett nyomás csökkenti a nem kívánt mellékreakciók lehetőségét a gázfázisban, és egyenletesebb filmlerakódáshoz vezet a hordozón. A legtöbb modern CVD-beállítás LPCVD vagy UHVCVD.
Vákuumos CVD ( Eng. Ultra high vacuum chemical vapor deposition (UHVCVD) ) - A CVD folyamat nagyon alacsony nyomáson, általában 10-6 Pa (~ 10-8 Hgmm ) alatt megy végbe .

Osztályozás a gőz fizikai jellemzői szerint

Az aeroszollal segített CVD ( Eng. Aerosol Assisted Chemical vapour deposition (AACVD) ) egy olyan CVD-folyamat, amelyben a prekurzorokat aeroszol formájában szállítják a szubsztrátumra , amely különféle módokon, például ultrahanggal állítható elő .
Közvetlen folyadékbefecskendezéses kémiai gőzleválasztás (DLICVD) A CVD olyan CVD-eljárás, amelyben a kiindulási anyagot folyékony fázisban szállítják (tiszta formában vagy oldószerben oldva). A folyadékot injektoron keresztül fecskendezik be a kamrába (gyakran használnak járműbefecskendezőket). Ez a technológia lehetővé teszi a filmképződés nagy sebességének elérését.

Plazma módszerek

A plazmanövelt kémiai gőzleválasztás ( PECVD) egy CVD-eljárás, amely plazmát használ a prekurzorok lebontására, a szubsztrát felületének aktiválására és ionmaratásra . A magasabb effektív aljzatfelületi hőmérséklet miatt ez a módszer alacsonyabb hőmérsékleten is alkalmazható, és lehetővé teszi olyan bevonatok előállítását, amelyek egyensúlyi szintézis feltételei más módszerekkel az aljzat túlmelegedésének megengedhetetlensége vagy egyéb okok miatt nem érhetők el. Ezzel a módszerrel különösen sikeresen állítanak elő gyémántfilmeket , sőt viszonylag vastag termékeket is, például optikai rendszerek ablakait [1] .
Mikrohullámú plazma kémiai gőzleválasztással (MPCVD ) aktivált CVD .
Közvetett plazmával javított CVD ( Eng. Remote plasma-enhanced CVD (RPECVD) ) - a PECVD-vel ellentétben a gázkisüléses plazmában csak a kiindulási anyagok bomlása megy végbe, miközben maga a hordozó nincs kitéve a hatásának. Ez lehetővé teszi az aljzat sugárzási károsodásának kizárását és a hőhatás csökkentését. Az ilyen rezsim a bomlási és lerakódási régiók térbeli elválasztása miatt biztosított, és kiegészíthető a plazma lokalizációjának különféle módszereivel (például mágneses mező használatával vagy növekvő gáznyomással).

Egyéb módszerek

Atomréteges lerakódás ( eng. Atomic layer CVD (ALCVD) ) – különböző anyagokból egymás utáni rétegeket képez, így többszintű kristályos filmet hoz létre.
Az égési kémiai gőzlerakódás ( CCVD) egy nyílt légkörben zajló égési folyamat .
Forróhuzalos kémiai gőzfázisú leválasztás (HWCVD) / hot filament CVD (HFCVD) – más néven katalitikus CVD ( katalitikus kémiai gőzleválasztás (Cat-CVD) ). Forró hordozót használ a gázok reakciójának felgyorsítására.
A fémorganikus kémiai gőzleválasztás ( MOCVD) egy CVD-eljárás, amely fémorganikus kiindulási anyagokat használ .
A hibrid fizikai-kémiai gőzfázisú leválasztás (HPCVD) egy olyan eljárás, amely egy prekurzor kémiai lebontását és egy szilárd anyag elpárologtatását egyaránt alkalmazza.
A gyors termikus kémiai gőzleválasztás ( RTCVD ) egy CVD-eljárás, amely izzólámpákat vagy más módszereket használ a hordozó gyors felmelegítésére. A szubsztrátum felmelegítése a gáz melegítése nélkül lehetővé teszi a gázfázisban a nemkívánatos reakciók csökkentését.
Gőzfázisú epitaxia ( Eng. Vapor phase epitaxy (VPE) ).

Anyagok mikroelektronikához

A kémiai gőzleválasztásos módszer lehetővé teszi nagy folytonosságú konform bevonatok előállítását, ezért széles körben használják a mikroelektronikai gyártásban dielektromos és vezetőképes rétegek előállítására.

Polikristályos szilícium

A polikristályos szilíciumot szilánokból bomlási reakcióval nyerik :

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

A reakciót általában LPCVD rendszerekben hajtják végre, vagy tiszta szilánnal, vagy szilán és 70-80% nitrogén keverékével . 600 °C és 650 °C hőmérsékleten és 25-150 Pa nyomáson a lerakódási sebesség 10-20 nm /perc. Alternatív megoldás a szilán és hidrogén keverék használata, amely csökkenti a növekedési sebességet még akkor is, ha a hőmérséklet 850 °C -ra vagy 1050 °C-ra emelkedik.

Szilícium-dioxid

A szilícium-dioxidot ( a félvezetőiparban gyakran egyszerűen "oxidnak" nevezik ) számos különböző eljárással lehet leválasztani. A szilán oxidációjának reakcióit oxigénnel használják:

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

diklór - szilán kölcsönhatása dinitrogén-oxiddal :

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

tetraetoxiszilán bomlása :

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

+ melléktermékek.

Szilícium-nitrid

A szilícium-nitridet gyakran használják szigetelőként és diffúziós gátként az integrált áramkörök gyártása során . Használja a szilán és ammónia kölcsönhatásának reakcióját :

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

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

A következő két reakciót használják a plazmafolyamatokban a lerakódáshoz ${\ce {SiNH:}}$

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

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

Fémek

A CVD-t széles körben használják molibdén , tantál , titán , nikkel és volfrám lerakódására . Szilíciumra lerakva ezek a fémek hasznos tulajdonságokkal rendelkező szilicideket képezhetnek. A Mo, Ta és Ti az LPCVD eljárásban válnak ki pentakloridjaikból. Ni, Mo, W alacsony hőmérsékleten kicsapódhat a karbonilokból . Az M ötértékű fém esetében a redukciós reakció a pentakloridból a következő:

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

Egy általánosan használt volfrámvegyület a volfrám -hexafluorid , amelyet kétféleképpen csapnak le:

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

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

Lásd még

Jegyzetek

↑ Strelnitsky V. E., Aksenov I. I. Films of gyémántszerű szén. - Harkov: IPP "Kontraszt, 2006.

Irodalom

Hugh O. Pierson. Handbook of Chemical Vapor Deposition, 1999. ISBN 978-0-8155-1432-9 .
Syrkin V. G. CVD-módszer. Vegyi gőzlerakódás . - M . : Nauka, 2000. - 482 p. — ISBN 5-02-001683-7 .
Ivanovsky G. F., Petrov V. I. Anyagok ion-plazma feldolgozása. - M . : Rádió és kommunikáció, 1986. - 232 p.

Danilin BS Alacsony hőmérsékletű plazma alkalmazása vékonyrétegek leválasztására. — M .: Energoatomizdat, 1989. — 328 p.

Linkek

Kémiai gőzleválasztás (CVD ) – Bevezetés