Химическое осаждение из газовой фазы
Химическое осаждение из газовой фазы (ХОГФ) (химическое парофазное осаждение, англ. Chemical vapor deposition, CVD) — процесс, используемый для получения высокочистых твёрдых материалов. Процесс часто используется в индустрии полупроводников для создания тонких плёнок. Как правило, при процессе CVD подложка помещается в пары одного или нескольких веществ, которые, вступая в реакцию и/или разлагаясь, производят на поверхности подложки необходимое вещество. Часто образуется также газообразный продукт реакции, выносимый из камеры с потоком газа.
С помощью CVD-процесса производят материалы различных структур: монокристаллы, поликристаллы, аморфные тела и эпитаксиальные. Примеры материалов: кремний, углеродное волокно, углеродное нановолокно, углеродные нанотрубки, графен, SiO2, вольфрам, карбид кремния, нитрид кремния, нитрид титана, различные диэлектрики, а также синтетические алмазы.
Виды CVD[править | править код]
Различные виды CVD широко используются и часто упоминаются в литературе[какой?]. Процессы различаются по способам запуска химических реакций и по условиям протекания процесса.
Классификация по давлению[править | править код]
- CVD при атмосферном давлении (англ. Atmospheric Pressure chemical vapor deposition (APCVD)) — CVD-процесс проходит при атмосферном давлении.
- CVD при пониженном давлении (англ. Low pressure chemical vapor deposition (LPCVD)) — CVD-процесс при давлении ниже атмосферного. Пониженное давление снижает вероятность нежелательных реакций в газовой фазе и ведёт к более равномерному осаждению плёнки на подложку. Большинство современных CVD-установок — либо LPCVD, либо UHVCVD.
- Вакуумный CVD (англ. Ultra high vacuum chemical vapor deposition (UHVCVD)) — CVD-процесс проходит при очень низком давлении, обычно ниже 10−6 Па (~ 10−4 мм рт. ст.).
Классификация по физическим характеристикам пара[править | править код]
- CVD с участием аэрозоля (англ. Aerosol Assisted Chemical vapor deposition (AACVD)) — CVD-процесс в котором прекурсоры транспортируются к подложке в виде аэрозоля, который может создаваться различными способами, например, ультразвуком.
- CVD с прямой инжекцией жидкости (англ. Direct liquid injection chemical vapor deposition (DLICVD)) — CVD-процесс, при котором прекурсор подаётся в жидкой фазе (в чистом виде либо растворённым в растворителе). Жидкость впрыскивается в камеру через инжектор (часто используются автомобильные). Данная технология позволяет достигать высокой производительности формирования плёнки.
Плазменные методы[править | править код]
- Усиленный плазмой CVD (англ. Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD)) — CVD-процесс, который использует плазму для разложения прекурсоров, активации поверхности подложки и ионного ассистирования. За счёт более высокой эффективной температуры поверхности подложки, данный метод работает при более низких температурах и позволяет получать покрытия, равновесные условия синтеза которых недостижимы иными методами из-за недопустимости перегрева подложек или иных причин. В частности, этим методом успешно получают алмазные плёнки[en] и даже относительно толстые изделия, такие как окна для оптических систем[1].
- CVD активированный СВЧ плазмой (англ. Microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD)).
- Усиленный непрямой плазмой CVD (англ. Remote plasma-enhanced CVD (RPECVD)) — в отличие от PECVD, в плазме газового разряда происходит только разложение прекурсоров, в то время как сама подложка не подвергается её действию. Это позволяет исключить радиационные повреждения подложки и снизить тепловое воздействие на неё. Такой режим обеспечивается за счёт пространственного разделения областей разложения и осаждения и может дополняться различными методами локализации плазмы (например, при помощи магнитных полей или повышения давления газа).
Иные методы[править | править код]
- Атомно-слоевое осаждение (англ. Atomic layer CVD (ALCVD)) — формирует последовательные слои различных материалов для создания многоуровневой кристаллической плёнки.
- Пламенное разложение (англ. Combustion Chemical Vapor Deposition (CCVD) ) — процесс сгорания в открытой атмосфере.
- CVD с горячей нитью (англ. Hot wire chemical vapor deposition (HWCVD) / hot filament CVD (HFCVD)) — также известен как каталитический CVD (англ. Catalitic chemical vapor deposition (Cat-CVD)). Использует горячий носитель для ускорения реакции газов.
- Металлорганический CVD (англ. Metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD)) — CVD-процесс, использующий металлоорганические прекурсоры.
- Гибридное физико-химическое парофазное осаждение (англ. Hybrid Physical-Chemical Vapor Deposition (HPCVD)) — процесс, использующий и химическую декомпозицию прекурсора, и испарение твёрдого материала.
- Быстродействующее термическое химическое парофазное осаждение (англ. Rapid thermal CVD (RTCVD)) — CVD-процесс, использующий лампы накаливания или другие методы быстрого нагрева подложки. Нагрев подложки без разогрева газа позволяет сократить нежелательные реакции в газовой фазе.
- Парофазная эпитаксия (англ. Vapor phase epitaxy (VPE)).
Материалы для микроэлектроники[править | править код]
Благодаря тому, что метод химического осаждения из газовой фазы позволяет получать конформные покрытия высокой сплошности, он широко используется в микроэлектронном производстве для получения диэлектрических и проводящих слоёв.
Поликристаллический кремний[править | править код]
Поликристаллический кремний получают из силанов при следующей реакции:
- SiH4 → Si + 2 H2
Реакция обычно проводится в LPCVD системах, либо с подачей чистого силана, или растворе силана в 70—80 % азоте. Температуры между 600 и 650 °С и давление от 25 до 150 Па позволяют достигать скорости отложения от 10 до 20 нм в минуту. Альтернативное решение использует водородно-базированный раствор, что снижает скорость роста при повышении температуры до 850 или даже 1050 °С.
Диоксид кремния[править | править код]
Диоксид кремния (часто называемый просто «оксидом» в индустрии полупроводников) может наноситься несколькими различными процессами. Реакции следующие:
- SiH4 + O2 → SiO2 + 2 H2
- SiCl2H2 + 2 N2O → SiO2 + 2 N2 + 2 HCl
- Si(OC2H5)4 → SiO2 + побочные продукты
Нитрид кремния[править | править код]
Нитрид кремния часто используют как изолятор и химический барьер при производстве интегральных микросхем. Используют следующие две реакции:
- 3 SiH4 + 4 NH3 → Si3N4 + 12 H2
- 3 SiCl2H2 + 4 NH3 → Si3N4 + 6 HCl + 6 H2
Следующие две реакции используют в плазменных процессах для отложения SiNH:
- 2 SiH4 + N2 → 2 SiNH + 3 H2
- SiH4 + NH3 → SiNH + 3 H2
Металлы[править | править код]
ХОГФ широко используют для нанесения молибдена, тантала, титана, никеля и вольфрама. При нанесении на кремний эти металлы могут формировать полезные силициды. Mo, Ta и Ti производят LPCVD из их пентахлоридов. Ni, Mo, W могут при низких температурах производиться из карбонильных прекурсоров. В целом, для металла M, реакция выглядит так:
- 2 MCl5 + 5 H2 → 2 M + 10 HCl
Обычно источником вольфрама становится гексафторид вольфрама, который реагирует двумя способами:
- WF6 → W + 3 F2
- WF6 + 3 H2 → W + 6 HF
См. также[править | править код]
- Вакуумное напыление (PVD-процесс)
- Термическое напыление
- Атомно-слоевое осаждение
- Термическое окисление
- Ионное распыление
Примечания[править | править код]
- ↑ Стрельницкий В. Е., Аксенов И. И. Плёнки алмазоподобного углерода. — Харьков: ИПП “Контраст, 2006.
Литература[править | править код]
- Hugh O. Pierson. Handbook of Chemical Vapor Deposition, 1999. ISBN 978-0-8155-1432-9.
- Сыркин В. Г. CVD-метод. Химическое парофазное осаждение. — М.: Наука, 2000. — 482 с. — ISBN 5-02-001683-7.
- Ивановский Г. Ф., Петров В. И. Ионно-плазменная обработка материалов. — М.: Радио и связь, 1986. — 232 с.
- Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 328 с.
Ссылки[править | править код]
Для улучшения этой статьи желательно: |