Методы химического осаждения из пара (cvd)
Методы CVD осуществляются при напуске в рабочую камеру (реактор) газовых реагентов, содержащих компоненты получаемой пленки, их диссоциация, хим.реакций между ними, активированных с помощью подвода энергии (нагрев, облучение, плазма).
В результате протекания этих процессов на пов-ти подложек осаждаются слои тв. продукта, а остатки непрореагировавших исходных компонентов и газообразные продукты реакции удаляются из реактора с потоком газа носителя или откачиваются вакуумной системой.
Схема (суммарная реакция) осаждения некоторых тугоплавких соединений.
TiCl4 + 1/2N2 + H2 → TiNПОКР + 4Cl
TiCl4 + 1/nCnHm + H2 → TiCПОКР + 4HCl + (m/2n-1)H2
TiCl4 + 2BCl4 + 5H2 → TiB2ПОКР + 10HCl
3Si3F4 + 4NH3 → Si3N4 + 12 HF
(1-x)TiCl4 + xZrCl4 + 2BCl3 + H2 → Ti1-xZrxB2 + HCl + 4Cl2
Схема установки для одно- и многослойных покрытий TiC, TiN, Al2O3 (ВНИИТС)
«
-»
Высокие рабочие Т = 500 - 1000°С, ограничивающие
диапазон применения подложек.
«-» Использование токсичных и экологически небезопасных газовых смесей.
«-» Проблемы коррозии хлорсодержащими продуктами вакуумного оборудования.
«-» Проблемы осаждения гидрофильной пленки на стенках камеры и деталях вакуумной системы.
«-» Высокая загрязненность покрытия, особенно по хлору.
В
простейшем случае активирование
хим.реакции происходит за счет нагрева
резистивного (а) или индукционного (б).
1- датчик Т;
2-нагревательные эл-ты;
3- подложки;
4- ввод;
5- вывод.
Схема осаждения ТiB2
пирометр;
п
ризма;вакуумный насос;
высокочастотный нагрев;
подложка;
реактор из плавленого SiO2;
инертный газ;
ВСl4;
бойлер с TiCl4;
водород;
инжектор TiCl4.
Очистка: Н2 – Pd-трубки, O2 – графитовые трубки, Ar – через Zn, силикагель – грубая очистка.
Метод плазменного химического осаждения (РАСVD)
о
бласть
существования плазмы;нить накала;
подложка;
нагреватель;
откачка.
В методе РАСVD в вакуумной камере поддерживается плазма, кот. способствует ионизации, диссоциации реакционных газов, также осуществляет нагрев подложки.
Присутствие плазмы м.б. обеспечено различными способами.
«+» ↓ Траб (300-600°С), можно исп-ть различные подложки;
«+» ↓ примесей Cl в покрытии;
«+» ↑ скорости осаждения покрытия.
Получают пленки ВN, TiSiN,TiBN, алмазоподобные.
Метод CVD с использованием металлоорганических компонентов (МоCVD).
Использование МО газообразных реагентов вместо хлорсодержащих позволяет ↓ Т осаждения, избавиться от примеси Сl в покрытии.
«-» возникают проблемы загрязнения по углероду.
[(CH3)2CH-CH2]3Al → [(CH3)2CH-CH2]Al-H + (CH3)2C=CH2 → Al + 3/2H2 + (CH3)2C=CH2
идет в две стадии:
1-я стадия: Т = 100°С;
2-я стадия: Т = 250°С.
Триизобутилалюминия → диизобутилалюминиевый ангидрид.
«-» Сложность получения необходимых реагентов (синтезом). Хлориды доступнее.
Инжекционный метод СVD
Хим.реагент в виде жидкости подается в спец. инжектор-испаритель.
«+» Обеспечивает быстрое испарение реагентов, ↓ пребывания газов в реакционной зоне; ↑ скорости роста пленок.
«+» Позволяет вести точный контроль толщины покрытия.
Активно исп-ся для синтеза Si-содержащих покрытий (Ti-N-Si - с глобулярной структурой).
Две основные жидкости: Ti(CO2H5)4, ((CH3)3SiOSi(CH3)3).
Они впрыскиваются в Ar/H2/N плазму.
CVD с использованием лазера.
Получают углеродсодержащие, алмазоподобные пленки.
М.б. осаждение с излучением – без снятия вакуума.
Есть плазма, испаритель, масс-спектометр, устройство эллипсометрии (первичное излучение и его отражение), т.е. происх. сканирование в процессе роста (орпед. Шероховатость, структуру).
Вторая камера – доп. излучение с СВЧ-плазмой, ИК спектроскопия (фазовый состав и наличие связей), оже – спектрометр, туннельный микрокоп.
Плюсы методов CVD:
«+» Высокая производительность;
«+» Воспроизводимость структуры и св-в; однородность, высокий коэф. заполнения рельефа поверхности подложек покрытием;
«+» Широкий диапазон скоростей осаждения;
«+» Возможность управления кристаллической структурой (различные осадки вплоть до монокристаллов);
Условия:
- при подаче газа поток д.б. турбулентным (Re>104);
- подложки следует выбирать т.о., чтобы не было взаимодействия с продуктами реакции.