LẮNG ĐỌNG HƠI HÓA CHẤT Lắng đọng hóa học (CVD) trình hóa học sử dụng để sản xuất chất lượng cao, hiệu suất cao, vật liệu rắn Quá trình thường sử dụng ngành công nghiệp bán dẫn để sản xuất màng mỏng Trong điển hình CVD, wafer (chất nền) tiếp xúc với nhiều biến động tiền chất, phản ứng / phân hủy bề mặt chất để sản xuất gửi mong muốn Thường xuyên, ổn định sản phẩm sản xuất, loại bỏ khí chảy qua buồng phản ứng Quy trình vi chế sử dụng rộng rãi CVD để vật liệu hình thức khác nhau, bao gồm: monocrystalline, đa tinh thể, vô định hình, epitaxy Những vật liệu bao gồm: silic (SiO2, germanium, carbide, nitride, oxynitride), cacbon (xơ, sợi nano, ống nano, kim cương graphene), fluorocarbon, sợi, vonfram, titan nitride high-k chất điện môi khác CVD thực loạt định dạng Các trình thường có khác biệt phương tiện mà phản ứng hóa học khởi xướng - Phân loại theo áp suất vận hành: + CVD áp suất khí (APCVD) - CVD áp suất khí + CVD áp suất thấp (LPCVD) - CVD áp suất khí tiểu [1] Giảm áp lực có xu hướng giảm phản ứng khí giai đoạn không mong muốn cải thiện tính đồng phim wafer + CVD siêu cao chân không (UHVCVD) - CVD áp suất thấp, thường 10-6 Pa (~ 10-8 torr) Lưu ý lĩnh vực khác, phận thấp chân không cao siêu cao phổ biến, thường 10-7 Pa Hiện đại CVD LPCVD UHVCVD - Phân loại theo đặc tính vật lý hơi: + Sol khí CVD hỗ trợ (AACVD) - CVD tiền chất vận chuyển đến bề mặt phương tiện bình phun chất lỏng / khí, tạo siêu âm Kỹ thuật phù hợp để sử dụng với tiền chất không bay + Trực tiếp chất lỏng phun CVD (DLICVD) - CVD tiền chất dạng lỏng (chất lỏng chất rắn hòa tan dung môi thuận tiện) giải pháp chất lỏng bơm vào buồng bay kim phun (thường kim phun xe) Hơi tiền sau vận chuyển đến chất bệnh tim mạch cổ điển Kỹ thuật phù hợp để sử dụng tiền chất lỏng rắn tốc độ tăng trưởng cao đạt cách sử dụng kỹ thuật - Phương pháp huyết tương (xem thêm xử lý Plasma): + Lò vi sóng plasma hỗ trợ tim mạch (MPCVD) + Plasma-Enhanced CVD (PECVD) - CVD mà sử dụng plasma để nâng cao tốc độ phản ứng hóa học tiền chất [2] xử lý PECVD cho phép tích tụ nhiệt độ thấp, mà thường quan trọng sản xuất chất bán dẫn Nhiệt độ thấp cho phép cho lắng đọng lớp phủ hữu cơ, chẳng hạn polyme huyết tương, sử dụng cho chức bề mặt hạt nano alization [3] + CVD từ xa plasma nâng cao (RPECVD) - Tương tự PECVD ngoại trừ chất wafer trực tiếp khu vực phóng điện plasma Loại bỏ wafer từ vùng plasma cho phép nhiệt độ xử lý xuống đến nhiệt độ phòng - Nguyên tử lớp CVD (ALCVD) - Tiền gửi lớp liên tiếp chất khác để sản xuất, phim kết tinh nhiều lớp Xem lớp epitaxy nguyên tử - Đốt hóa Vapor Deposition (CCVD) - đốt hóa Vapor Deposition lửa nhiệt phân mở không khí, kỹ thuật lửa dựa ký quỹ màng mỏng chất lượng cao vật liệu nano - Dây tóc nóng CVD (HFCVD) - gọi bệnh tim mạch xúc tác (Cat-CVD) phổ biến hơn, bắt đầu CVD (iCVD), trình sử dụng dây tóc nóng để phân hủy hóa học khí nguồn [4] - Nhiệt độ dây tóc nhiệt độ bề mặt kiểm soát cách độc lập, cho phép nhiệt độ lạnh cho giá hấp phụ tốt bề mặt nhiệt độ cao cần thiết để phân hủy tiền thân gốc tự dây tóc [5] - Lai vật lý-hóa học Vapor Deposition (HPCVD) - Quá trình liên quan đến hai phân hủy hóa học khí tiền thân bay nguồn rắn - Lắng đọng hóa chất Metalorganic (MOCVD) - trình CVD dựa tiền thân metalorganic - Nhanh chóng CVD nhiệt (RTCVD) - trình CVD sử dụng đèn sưởi ấm phương pháp khác để nhanh chóng làm nóng bề mặt wafer Nóng đế tường khí buồng giúp giảm phản ứng khí giai đoạn không cần thiết mà dẫn đến hình thành phân - Vapor pha epitaxy (VPE) - Ảnh khởi xướng CVD (PICVD) - Quá trình sử dụng ánh sáng tia cực tím để kích thích phản ứng hóa học Nó tương tự xử lý plasma, cho plasma nguồn phát mạnh mẽ xạ tia cực tím Dưới điều kiện định, PICVD vận hành gần áp suất khí [6] ** Sử dụng : - CVD thường sử dụng để gửi màng giác tăng cường bề mặt chất cách mà kỹ thuật sửa đổi bề mặt truyền thống khả - CVD hữu ích trình lắng đọng lớp nguyên tử ký quỹ lớp mỏng vật liệu Một loạt ứng dụng cho phim tồn Gallium axenua sử dụng số mạch tích hợp (IC) thiết bị quang điện Vô định hình silicon sử dụng nhiều thiết bị quang điện Một số cacbua nitrit trao mặc-kháng [7] trùng hợp CVD, có lẽ linh hoạt tất ứng dụng, cho phép lớp phủ siêu mỏng mà có số phẩm chất mong muốn, chẳng hạn bôi trơn, sợ nước thời tiết kháng đến tên vài [8] CVD khung kim loại hữu cơ, loại vật liệu xốp tinh thể nano, gần chứng minh [9] ứng dụng cho phim mong đợi cảm biến khí thấp k chất điện môi ** Vật liệu thương mại quan trọng chuẩn bị CVD * Poly silicon Đa tinh thể silicon gửi từ (SiHCl3) silane (SiH4), sử dụng phản ứng sau: [10] SiH3Cl → Si + H2 + HCl SiH4 → Si + H2 Phản ứng thường thực hệ thống LPCVD, với hai nguyên liệu silane tinh khiết, dung dịch silan với 70-80% nitơ Nhiệt độ 600 650 ° C áp suất từ 25 đến 150 Pa mang lại tốc độ tăng trưởng từ 10 đến 20 nm phút Một trình thay sử dụng giải pháp hydro-based Hydro làm giảm tốc độ tăng trưởng, nhiệt độ nâng lên đến 850 chí 1050 ° C để bù đắp Polysilicon trồng trực tiếp với doping, khí phosphine, Arsine Diborane thêm vào buồng CVD Diborane làm tăng tốc độ tăng trưởng, Arsine phosphine giảm * Silicon đioxit Silicon đioxit (thường gọi đơn giản "oxit" ngành công nghiệp bán dẫn) gửi trình khác khí nguồn thường gặp bao gồm silane oxy, dichlorosilane (SiCl2H2) nitơ oxit [11] (N2O), tetraethylorthosilicate (TEOS; Si (OC2H5) 4) Những phản ứng sau [cần dẫn nguồn]: SiH4 + O2 → SiO2 + H2 SiCl2H2 + N2O → SiO2 + N2 + HCl Si (OC2H5) → SiO2 + sản phẩm phụ Sự lựa chọn nguồn khí phụ thuộc vào ổn định nhiệt chất nền; Ví dụ, nhôm nhạy cảm với nhiệt độ cao tiền gửi Silane 300 500 ° C, dichlorosilane vào khoảng 900 ° C, TEOS 650 750 ° C, kết lớp oxit nhiệt độ thấp (LTO) Tuy nhiên, silane sản xuất oxit-chất lượng thấp so với phương pháp khác (cường độ điện môi thấp hơn, ví dụ), không thức Bất kỳ phản ứng sử dụng LPCVD, phản ứng silane thực APCVD CVD oxit có chất lượng thấp so với oxit nhiệt, trình oxy hóa nhiệt sử dụng giai đoạn sớm sản xuất vi mạch Oxit phát triển với tạp chất (hợp kim "doping") Điều có hai mục đích Trong suốt trình bước tiếp xảy nhiệt độ cao, tạp chất khuếch tán từ oxit vào lớp liền kề (đáng ý silic) dope họ Oxit chứa 5-15% tạp chất theo khối lượng thường sử dụng cho mục đích Ngoài ra, silicon đioxit tạo hợp kim với photpho pentoxit ("P-kính") sử dụng để làm phẳng bề mặt không đồng P-kính làm mềm chỉnh lại dòng nhiệt độ 1000 ° C Quá trình đòi hỏi tập trung phốt 6%, nồng độ cao 8% ăn mòn nhôm Photpho gửi từ khí phosphine oxy: PH3 + O2 → P2O5 + H2 Kính có chứa bo photpho (borophosphosilicate kính, BPSG) trải qua dòng chảy nhớt nhiệt độ thấp hơn; khoảng 850 ° C đạt với kính có chứa khoảng 5% khối lượng hai thành phần, ổn định không khí khó khăn để đạt Photpho oxit nồng độ cao tương tác với môi trường xung quanh ẩm để tạo axít photphoric Các tinh thể BPO4 kết tủa từ thủy tinh chảy vào làm mát; tinh thể không dễ dàng khắc plasma phản ứng tiêu chuẩn dùng để mô hình oxit, gây dị tật bẩm mạch sản xuất mạch tích hợp Bên cạnh tạp chất có chủ ý, CVD oxit chứa sản phẩm phụ lắng đọng TEOS sản xuất oxit tương đối tinh khiết, silane giới thiệu tạp chất hydro, dichlorosilane giới thiệu clo Lắng đọng nhiệt độ thấp silicon đioxit kính pha tạp từ TEOS ozone oxy khám phá (350-500 ° C) kính Ozone có conformality tuyệt vời, có xu hướng hút ẩm - là, chúng hấp thụ nước từ không khí kết hợp silanol (Si-OH) kính quang phổ hồng ngoại căng học hàm nhiệt độ công cụ chẩn đoán có giá trị để chẩn đoán vấn đề * Silicon nitrit Silicon nitrit thường sử dụng chất cách điện chất rào cản CCN sản xuất Sau hai phản ứng silicon nitrit tiền gửi từ pha khí: SiH4 + NH3 → Si3N4 + 12 H2 SiCl2H2 + NH3 → Si3N4 + HCl + H2 Silicon nitrit gửi LPCVD chứa lên đến 8% hydro Nó kinh nghiệm ứng suất kéo mạnh, phá vỡ màng dày 200 nm Tuy nhiên, có điện trở suất cao sức mạnh điện môi so với hầu hết chất cách điện thường có sẵn vi chế (1016 Ω • cm 10 MV / cm, tương ứng) Một hai phản ứng sử dụng huyết tương để gửi sinh viên: SiH4 + N2 → Sinh + H2 SiH4 + NH3 → Sinh + H2 Những màng có cường độ căng nhiều, tính chất điện tồi tệ (điện trở suất 1061.015 Ω • cm, sức mạnh điện môi 1-5 MV / cm) * Kim loại CVD volfram đạt từ vonfram hexafluoride (WF6), lưu giữ hai cách: WF6 → W + F2 WF6 + H2 → W + HF Các kim loại khác, đặc biệt nhôm đồng, gửi bệnh tim mạch Tính đến năm 2010, thương mại CVD chi phí-hiệu cho đồng không tồn tại, nguồn biến động tồn tại, Cu (hfac) Đồng thường gửi điện Nhôm gửi từ triisobutylaluminium (TIBAL) hợp chất organoaluminium liên quan CVD molypden, tantali, titan, niken sử dụng rộng rãi [cần dẫn nguồn] Những kim loại hình thành silicides hữu ích lắng silicon Mo, Ta Ti gửi LPCVD, từ pentachlorides họ Niken, molypden, vonfram gửi nhiệt độ thấp từ tiền chất cacbonyl họ Nói chung, cho M kim loại độc đoán, phản ứng clorua lắng đọng sau: MCl5 + H2 → M + 10 HCl phản ứng cacbonyl phân hủy xảy cách tự nhiên điều trị nhiệt cavitation âm sau: M (CO) n → M + n COsự phân hủy carbonyls kim loại thường dội kết tủa độ ẩm, không khí, oxy phản ứng với tiền kim loại tạo kim loại oxit kim loại với carbon đioxit lớp Niobium (V) oxit sản xuất phân hủy nhiệt niobi (V) ethoxide với mát diethyl ether [13] [14] theo phương trình: Nb (OC2H5) → Nb2O5 + C2H5OC2H5 * Graphene Nhiều biến thể CVD sử dụng để tổng hợp graphene Mặc dù có nhiều tiến thực hiện, quy trình liệt kê khả thương mại - Nguồn carbon Các nguồn carbon phổ biến sử dụng để sản xuất graphene khí mêtan lựa chọn phổ biến bao gồm nhựa đường dầu khí, đáng ý không tốn khó khăn để làm việc với [15] - Sử dụng chất xúc tác Việc sử dụng chất xúc tác khả thi việc thay đổi trình vật lý sản xuất graphene ví dụ đáng ý bao gồm hạt nano sắt, niken bọt, gali Các chất xúc tác sử dụng chỗ graphene tích tụ, [15] [16] nằm khoảng cách xa khu vực đọng [17] Một số chất xúc tác cần bước để loại bỏ chúng từ nguyên liệu mẫu [16] - Điều kiện vật chất Điều kiện vật chất áp lực xung quanh, nhiệt độ, khí mang, vật liệu buồng đóng vai trò lớn sản xuất graphene Hầu hết hệ thống sử dụng LPCVD với áp lực khác nhau, 1-1500 Pa [15] [17] [18] [19] Tuy nhiên, số sử dụng APCVD [16] áp lực thấp sử dụng phổ biến chúng giúp ngăn chặn phản ứng không mong muốn sản xuất nhiều độ dày lắng đọng bề mặt Mặt khác, nhiệt độ sử dụng khoảng từ 800-1050 ° C [15] [16] [17] [18] [19] Nhiệt độ cao dịch để tăng tốc độ phản ứng Phạt cảnh cáo phải thực nhiệt độ cao làm gây mức độ nguy hiểm cao hơn, thêm vào chi phí lượng lớn - Khí mang Khí hydro khí trơ argon chảy vào hệ thống [15] [16] [17] [18] [19] Các chất khí hoạt động tàu sân bay, tăng cường phản ứng bề mặt cải thiện tốc độ phản ứng, làm tăng lắng đọng graphene lên bề mặt - Nguyên liệu Phòng Tiêu chuẩn thạch anh ống buồng sử dụng CVD graphene [15] [16] [17] [18] [19] Quartz chọn có điểm nóng chảy cao có tính trơ hoá học Nói cách khác, thạch anh không can thiệp với phản ứng vật lý hay hóa học không phụ thuộc vào điều kiện - - Phương pháp phân tích kết Phổ Raman, X-quang phổ, kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), kính hiển vi điện tử quét (SEM) sử dụng để kiểm tra đặc trưng cho mẫu graphene Phổ Raman sử dụng để mô tả xác định hạt graphene; quang phổ tia X sử dụng để mô tả trạng thái hóa học; TEM sử dụng để cung cấp chi tiết đẹp thành phần nội graphene; SEM sử dụng để kiểm tra bề mặt địa hình Đôi khi, nguyên tử lực kính hiển vi (AFM) sử dụng để đo lường đặc tính địa phương ma sát từ tính [18] [19] * Kim cương Một viên ngọc mặt không màu đá quý không màu cắt từ viên kim cương lớn lắng đọng hóa chất Bài chi tiết: CVD kim cương lắng đọng hóa học (CVD) sử dụng để sản xuất viên kim cương tổng hợp cách tạo tình cần thiết cho nguyên tử cacbon chất khí để giải chất dạng tinh thể CVD sản xuất kim cương nhận nhiều ý ngành khoa học vật liệu cho phép nhiều ứng dụng viên kim cương mà trước coi khó khăn để làm kinh tế CVD tăng trưởng kim cương thường xảy áp suất thấp (1-27 kPa; 0,145-3,926 psi; 7,5-203 Torr) liên quan đến việc cho ăn số lượng khác chất khí vào buồng, tiếp thêm sinh lực cho họ tạo điều kiện cho tăng trưởng kim cương bề mặt Các chất khí luôn bao gồm nguồn carbon, thường bao gồm hydro tốt, giá trị sử dụng khác nhiều tùy thuộc vào loại kim cương trồng Các nguồn lượng bao gồm dây tóc nóng, công suất vi sóng, thải hồ quang, số người khác Các nguồn lượng dùng để tạo plasma, loại khí chia nhỏ chất hóa học phức tạp xảy Quá trình hóa học thực tế cho tăng trưởng kim cương nghiên cứu phức tạp đa dạng lớn trình tăng trưởng kim cương sử dụng [...]... cương Một viên ngọc mặt không màu đá quý không màu được cắt ra từ viên kim cương lớn bởi sự lắng đọng hơi hóa chất Bài chi tiết: CVD kim cương lắng đọng hơi hóa học (CVD) có thể được sử dụng để sản xuất ra một viên kim cương tổng hợp bằng cách tạo ra các tình huống cần thiết cho các nguyên tử cacbon trong chất khí để giải quyết trên một chất nền ở dạng tinh thể CVD sản xuất kim cương đã nhận được rất... loại CVD đối với volfram đạt được từ vonfram hexafluoride (WF6), trong đó có thể được lưu giữ trong hai cách: WF6 → W + 3 F2 WF6 + 3 H2 → W + 6 HF Các kim loại khác, đặc biệt là nhôm và đồng, có thể được gửi bởi bệnh tim mạch Tính đến năm 2010, thương mại CVD chi phí-hiệu quả cho đồng không tồn tại, mặc dù các nguồn biến động tồn tại, như Cu (hfac) 2 Đồng thường được gửi bằng điện Nhôm có thể được. .. trưởng kim cương trên bề mặt Các chất khí luôn luôn bao gồm một nguồn carbon, và thường bao gồm hydro là tốt, mặc dù giá trị sử dụng khác nhau rất nhiều tùy thuộc vào loại kim cương được trồng Các nguồn năng lượng bao gồm dây tóc nóng, công suất vi sóng, và thải ra hồ quang, trong số những người khác Các nguồn năng lượng được dùng để tạo ra một plasma, trong đó các loại khí được chia nhỏ và chất hóa học... xúc tác Việc sử dụng chất xúc tác là khả thi trong việc thay đổi quá trình vật lý của sản xuất graphene ví dụ đáng chú ý bao gồm các hạt nano sắt, niken bọt, và hơi gali Các chất xúc tác hoặc có thể được sử dụng tại chỗ trong graphene tích tụ, [15] [16] hoặc nằm ở một khoảng cách xa ở khu vực đọng [17] Một số chất xúc tác cần bước một để loại bỏ chúng từ các nguyên liệu mẫu [16] - Điều kiện vật chất... dụng để kiểm tra và đặc trưng cho các mẫu graphene Phổ Raman được sử dụng để mô tả và xác định các hạt graphene; quang phổ tia X được sử dụng để mô tả trạng thái hóa học; TEM được sử dụng để cung cấp các chi tiết đẹp về thành phần nội bộ của graphene; SEM được sử dụng để kiểm tra bề mặt và địa hình Đôi khi, nguyên tử lực kính hiển vi (AFM) được sử dụng để đo lường các đặc tính địa phương như ma sát... ether [13] [14] theo phương trình: 2 Nb (OC2H5) 5 → Nb2O5 + 5 C2H5OC2H5 * Graphene Nhiều biến thể CVD có thể được sử dụng để tổng hợp graphene Mặc dù có nhiều tiến bộ đã được thực hiện, các quy trình được liệt kê dưới đây không phải là khả năng thương mại nào - Nguồn carbon Các nguồn carbon phổ biến nhất được sử dụng để sản xuất graphene là khí mêtan lựa chọn ít phổ biến bao gồm nhựa đường dầu khí, đáng... Điều kiện vật chất như áp lực xung quanh, nhiệt độ, khí mang, và vật liệu buồng đóng một vai trò lớn trong sản xuất graphene Hầu hết các hệ thống sử dụng LPCVD với các áp lực khác nhau, 1-1500 Pa [15] [17] [18] [19] Tuy nhiên, một số vẫn sử dụng APCVD [16] áp lực thấp được sử dụng phổ biến hơn vì chúng giúp ngăn chặn các phản ứng không mong muốn và sản xuất nhiều hơn độ dày như nhau lắng đọng trên bề... hướng hút ẩm - đó là, chúng hấp thụ nước từ không khí do sự kết hợp của silanol (Si-OH) trong kính quang phổ hồng ngoại và căng cơ học như là một hàm của nhiệt độ là các công cụ chẩn đoán có giá trị để chẩn đoán các vấn đề như vậy * Silicon nitrit Silicon nitrit thường được sử dụng như một chất cách điện và chất rào cản trong CCN sản xuất Sau đây hai phản ứng silicon nitrit tiền gửi từ pha khí: 3 SiH4 +... hình oxit, và sẽ gây dị tật bẩm mạch trong sản xuất mạch tích hợp Bên cạnh đó các tạp chất có chủ ý, CVD oxit có thể chứa các sản phẩm phụ của sự lắng đọng TEOS sản xuất một oxit tương đối tinh khiết, trong khi silane giới thiệu các tạp chất hydro, và dichlorosilane giới thiệu clo Lắng đọng nhiệt độ thấp hơn silicon đioxit và kính pha tạp từ TEOS ozone hơn oxy cũng đã được khám phá (350-500 ° C) kính Ozone... triisobutylaluminium (TIBAL) và các hợp chất organoaluminium liên quan CVD molypden, tantali, titan, niken là sử dụng rộng rãi [cần dẫn nguồn] Những kim loại này có thể hình thành silicides hữu ích khi lắng trên silicon Mo, Ta và Ti được gửi bởi LPCVD, từ pentachlorides của họ Niken, molypden, và vonfram có thể được gửi tại nhiệt độ thấp từ các tiền chất cacbonyl của họ Nói chung, cho một M kim loại độc đoán,