Kemiallinen höyrylaskeuma

Kemiallinen höyrypinnoitus ( CVD ) on prosessi , jota käytetään erittäin puhtaiden kiinteiden materiaalien saamiseksi. Prosessia käytetään usein puolijohdeteollisuudessa ohuiden kalvojen luomiseen . Pääsääntöisesti CVD-prosessin aikana substraatti sijoitetaan yhden tai useamman aineen höyryihin, jotka keskinäisiin reaktioihin joutuessaan ja/tai hajoaessaan muodostavat tarvittavan aineen kerroksen substraatin pinnalle. Vierekkäin muodostuu usein myös kaasumaisia reaktiotuotteita, jotka kantokaasun virtauksen vaikutuksesta poistuvat saostuskammiosta.

CVD-prosessilla valmistetaan eri rakenteellisia materiaaleja: yksittäiskiteitä , monikiteisiä , amorfisia kappaleita ja epitaksiaalisia kappaleita . Esimerkkejä materiaaleista: pii , hiilikuitu , hiilinanokuitu , hiilinanoputket , grafeeni , SiO 2 , volframi , piikarbidi , piinitridi , titaaninitridi , erilaiset eristeet ja synteettiset timantit .

CVD-tyypit

Erilaisia CVD-tyyppejä käytetään laajalti ja ne mainitaan usein kirjallisuudessa.[ mitä? ] . Prosessit eroavat kemiallisten reaktioiden tyypeistä ja prosessin olosuhteista.

Paineluokitus

Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition ( APCVD) - CVD-prosessi tapahtuu ilmakehän paineessa .
Matalapaineinen kemiallinen höyrypinnoitus ( LPCVD) on CVD-prosessi ilmakehän paineessa . Alennettu paine vähentää ei-toivottujen sivureaktioiden mahdollisuutta kaasufaasissa ja johtaa tasaisempaan kalvon kertymiseen alustalle. Useimmat nykyaikaiset CVD-asetukset ovat joko LPCVD tai UHVCVD.
Vacuum CVD ( eng. Ultra high vacuum chemical vapor deposition (UHVCVD) ) - CVD-prosessi tapahtuu erittäin alhaisessa paineessa, yleensä alle 10 -6 Pa (~ 10 -8 mmHg ).

Luokittelu höyryn fyysisten ominaisuuksien mukaan

Aerosol-avusteinen CVD ( Eng. Aerosol Assisted Chemical Vapor Deposition (AACVD) ) on CVD-prosessi, jossa esiasteet kuljetetaan substraattiin aerosolin muodossa , jota voidaan luoda eri tavoin, esimerkiksi ultraäänellä .
Suora nesteruiskutuskemiallinen höyrypinnoitus (DLICVD) CVD on CVD-prosessi, jossa alkuperäinen aine syötetään nestefaasissa (puhtaan muodossa tai liuotettuna liuottimeen). Neste ruiskutetaan kammioon injektorin kautta (käytetään usein ajoneuvojen suuttimia). Tämä tekniikka mahdollistaa suuren kalvonmuodostusnopeuden.

Plasmamenetelmät

Plasma- tehostettu kemiallinen höyrypinnoitus ( PECVD) on CVD-prosessi, joka käyttää plasmaa esiasteiden hajottamiseen, substraatin pinnan aktivoimiseen ja ionien etsaukseen . Korkeamman tehokkaan alustan pintalämpötilan ansiosta tämä menetelmä soveltuu alhaisissa lämpötiloissa ja mahdollistaa pinnoitteiden aikaansaamisen, joiden tasapainosynteesiolosuhteet eivät ole saavutettavissa muilla menetelmillä alustan ylikuumenemisen tai muista syistä johtuen. Erityisesti tällä menetelmällä valmistetaan menestyksekkäästi timanttikalvoja ja jopa suhteellisen paksuja tuotteita, kuten optisten järjestelmien ikkunoita [1] .
Mikroaaltoplasmakemiallinen höyrypinnoitus (MPCVD ) aktivoitu CVD .
Epäsuora plasmalla tehostettu CVD ( Eng. Remote plasma-enhanced CVD (RPECVD) ) - toisin kuin PECVD, vain alkuaineiden hajoaminen tapahtuu kaasupurkausplasmassa, kun taas substraatti ei ole alttiina sen vaikutukselle. Näin voidaan sulkea pois substraatin säteilyvauriot ja vähentää siihen kohdistuvaa lämpövaikutusta. Tällainen järjestelmä saadaan aikaan hajoamis- ja kerrostumisalueiden avaruudellisen erottamisen vuoksi, ja sitä voidaan täydentää erilaisilla plasman lokalisointimenetelmillä (esimerkiksi käyttämällä magneettikenttää tai lisäämällä kaasun painetta).

Muut menetelmät

Atomikerrospinnoitus ( eng. Atomic layer CVD (ALCVD) ) - muodostaa peräkkäisiä kerroksia eri materiaaleista monitasoisen kiteisen kalvon luomiseksi.
Combustion Chemical Vapor Deposition ( CCVD) on polttoprosessi avoimessa ilmakehässä .
Kuumalankakemiallinen höyrypinnoitus (HWCVD) / hot filament CVD (HFCVD) - tunnetaan myös nimellä katalyyttinen CVD ( Catalitic Chemical Vapor Deposition (Cat-CVD) ). Käyttää kuumaa kantajaa nopeuttamaan kaasujen reaktiota.
Metalorgaaninen kemiallinen höyrypinnoitus ( MOCVD) on CVD-prosessi, jossa käytetään organometallisia lähtöaineita .
Hybrid Physical-Chemical Vapor Deposition (HPCVD) on prosessi , jossa käytetään sekä esiasteen kemiallista hajottamista että kiinteän materiaalin haihduttamista.
Nopea lämpökemiallinen höyrypinnoitus ( RTCVD ) on CVD-prosessi, jossa käytetään hehkulamppuja tai muita menetelmiä substraatin nopeaan lämmittämiseen. Substraatin lämmittäminen ilman kaasun kuumennusta mahdollistaa ei-toivottujen reaktioiden vähentämisen kaasufaasissa.
Höyryfaasiepitaksi ( Eng. Vapor phase epitaxy (VPE) ).

Materiaalit mikroelektroniikkaan

Kemiallisen höyrypinnoitusmenetelmän avulla voidaan saada yhtenäisiä pinnoitteita, joilla on korkea jatkuvuus, ja siksi sitä käytetään laajasti mikroelektroniikan tuotannossa eriste- ja johtavien kerrosten saamiseksi.

Monikiteinen pii

Monikiteistä piitä saadaan silaaneista hajoamisreaktiolla:

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

Reaktio suoritetaan tavallisesti LPCVD-järjestelmissä joko puhtaalla silaanilla tai silaanin ja 70-80 % typen seoksella . Lämpötiloissa 600 °C ja 650 °C ja paineessa 25 - 150 Pa saostusnopeus on 10 - 20 nm minuutissa. Vaihtoehtona on käyttää silaanin ja vedyn seosta, joka hidastaa kasvunopeutta myös lämpötilan noustessa 850°C tai 1050°C:een.

Piidioksidi

Piidioksidia (kutsutaan usein yksinkertaisesti "oksidiksi" puolijohdeteollisuudessa ) voidaan kerrostaa useilla eri prosesseilla. Silaanin hapettumisen reaktioita hapen kanssa käytetään:

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

dikloorisilaanin vuorovaikutus dityppioksidin kanssa :

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

tetraetoksisilaanin hajoaminen :

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

+ sivutuotteet.

Piinitridi

Piinitridia käytetään usein eristeenä ja diffuusiosulkuna integroitujen piirien valmistuksessa . Käytä silaanin ja ammoniakin vuorovaikutuksen reaktiota :

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

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

Seuraavia kahta reaktiota käytetään plasmaprosesseissa kerrostamiseen ${\ce {SiNH:}}$

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

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

Metallit

CVD:tä käytetään laajalti molybdeenin , tantaalin , titaanin , nikkelin ja volframin tallettamiseen . Piille kerrostettuna nämä metallit voivat muodostaa silisidejä, joilla on hyödyllisiä ominaisuuksia. Mo, Ta ja Ti saostuvat LPCVD-prosessissa pentaklorideistaan. Ni, Mo, W voivat saostua karbonyyleistä matalissa lämpötiloissa . Viisiarvoisen metallin M pelkistysreaktio pentakloridista on:

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

Yleisesti käytetty volframiyhdiste on volframiheksafluoridi , joka saostetaan kahdella tavalla:

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

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

Katso myös

Muistiinpanot

↑ Strelnitsky V. E., Aksenov I. I. Kalvot timantin kaltaisesta hiilestä. - Kharkov: IPP "Kontrasti, 2006.

Kirjallisuus

Hugh O. Pierson. Handbook of Chemical Vapor Deposition, 1999. ISBN 978-0-8155-1432-9 .
Syrkin V. G. CVD-menetelmä. Kemiallinen höyrypinnoitus . - M . : Nauka, 2000. - 482 s. — ISBN 5-02-001683-7 .
Ivanovsky G. F., Petrov V. I. Materiaalien ioniplasmakäsittely. - M . : Radio ja viestintä, 1986. - 232 s.

Danilin BS Matalan lämpötilan plasman käyttö ohuiden kalvojen kerrostamiseen. - M .: Energoatomizdat, 1989. - 328 s.

Linkit

Kemiallinen höyrypinnoitus (CVD ) - Johdanto