thumb|El plasma de DC (violeta) aumenta el crecimiento de los nanotubos de carbono en un aparato a escala de laboratorio PECVD La Deposición Química de Vapor o CVD (de sus siglas en inglés Chemical Vapor Deposition) es un proceso químico utilizado para producir productos de alta pureza y de alto rendimiento de materiales sólidos. El proceso se utiliza a menudo en la industria de semiconductores para producir películas delgadas. En un proceso CVD estándar el sustrato (oblea) se expone a uno o más precursores volátiles, que reaccionan o se descomponen en la superficie del sustrato para producir el depósito deseado. Con frecuencia, también se producen subproductos volátiles, que son eliminados por medio de un flujo de gas que pasa a través de la cámara de reacción.
Los procesos de microfabricación CVD se emplean ampliamente para depositar materiales en diversas formas, incluyendo: monocristalino, policristalino, amorfo, y epitaxial. Estos materiales incluyen: silicio, fibra de carbono, nanofibras de carbono, filamentos, nanotubos de carbono, SiO2, silicio-germanio, tungsteno, carburo de silicio, nitruro de silicio, oxinitruro de silicio, nitruro de titanio, y diversos dieléctricos de alta permitividad eléctrica. El proceso de CVD se utiliza también para producir diamantes sintéticos.
Procesos thumb|Reactor térmico de CVD denominado de "paredes calientes" (Por sus características operativas) Existen numerosos procesos, dependiendo del campo de aplicación. Estos procesos se diferencian en el medio por el que se inician las reacciones químicas (por ejemplo, proceso de activación) y las condiciones del proceso. Clasificada por la presión de funcionamiento: A presión atmosférica ECV (APCVD) - procesos de CVD a presión atmosférica. CVD de baja presión (LPCVD) -. procesos CVD a presiones subatmosféricas presiones reducidas tienden a reducir reacciones no deseados en fase gaseosa y mejorar la uniformidad de la película sobre la oblea. Los procesos CVD más modernos son bien LPCVD o UHVCVD. Ultra vacío, CVD (UHVCVD) - los procesos CVD a una presión muy baja, por lo general por debajo de 10-6 Pa (~ 10-8 torr ). Tenga en cuenta que en otros campos, la división inferior entre el alto y ultra alto vacío, es a menudo 10-7 Pa.
Clasificada por las características físicas de vapor: Aerosol CVD asistida (AACVD) - Un procedimiento de CVD en la que los precursores son transportados al sustrato por medio de un aerosol líquido/gas, que puede ser generado por ultrasonidos. Esta técnica es adecuada para su uso con precursores no volátiles. Inyección directa de líquido CVD (DLICVD) - Un procedimiento de CVD en la que los precursores se encuentran en forma líquida (líquido o sólido disuelto en un disolvente conveniente). Las soluciones líquidas se inyectan en la cámara de vaporización mediante inyectores (por lo general inyectores de automóviles). A continuación, los vapores precursores son transportados al sustrato como en clásico procedimiento de CVD. Esta técnica es adecuada para su uso en precursores líquidos o sólidos. Altas tasas de crecimiento se puede alcanzar con esta técnica. thumb|CVD asistido con Plasma Métodos con Plasma (véase también el procesamiento de plasma ): Microondas asistida por plasma CVD (MPCVD) Mejorada por plasma CVD (PECVD) - procesos que utilizan CVD de plasma. para mejorar la tasa de reacción química de los precursores procesamiento PECVD permite la deposición a temperaturas más bajas, lo cual es a menudo crítico en la fabricación de semiconductores. Remoto mejorada por plasma CVD (RPECVD) - Similar a PECVD excepto que el sustrato (oblea) no está directamente en la región de descarga de plasma. La separación de la oblea de la región del plasma permite procesar menores temperaturas hasta la temperatura ambiente.
ECV de capa Atómica ( ALCVD ) - Depósitos de las capas sucesivas de diferentes sustancias para producir capas, cristalinas películas. Ver epitaxia de capas atómicas. Deposición de combustión de vapor químico (CCVD) - propietaria nGimat de combustión química proceso de deposición de vapor es un ambiente abierto, basado en la técnica de llama para el depósito de alta calidad las películas delgadas y los nanomateriales. CVD de alambre caliente (HWCVD) - también conocida como CVD catalizador (Cat-CVD) o CVD de filamento caliente (HFCVD). Utiliza un filamento caliente para descomponer químicamente los gases primarios. Deposición de vapor mediante procesos químicos organometálicos (MOCVD) - procesos CVD basado en precursores organometálicos. Híbrido físico-deposición de vapor químico (HPCVD) - procesos de deposición de vapor que involucran tanto la descomposición química del gas precursor como la vaporización de una fuente sólida. Rápido CVD térmico (RTCVD) - procesos de CVD que utilizan lámparas de calefacción u otros métodos para calentar rápidamente el sustrato de la oblea. Calentar sólo el sustrato en lugar de las paredes de gas o cámara ayuda a reducir las reacciones en fase de gas no deseadas que pueden conducir a la formación de partículas. Vapor de epitaxia en fase (VPE) Deposición de vapor asistida por eyección electroestática (ESAVD)
Usos
Circuitos integrados Varios procesos CVD se utilizan en los circuitos integrados (ICs). Materiales específicos se depositan mejor en condiciones específicas.
Polisilicio El silicio policristalino se deposita a partir de silano (SiH4), según la siguiente reacción: SiH4 → Si + 2 H2 Esta reacción se realiza generalmente en sistemas de LPCVD, ya sea con materia prima pura silano, o una solución de silano con 70-80% de nitrógeno. Las temperaturas entre 600 y 650 °C y presiones entre 25 y 150 Pa producir una tasa de crecimiento entre 10 y 20 nm por minuto. Un proceso alternativo utiliza un basado en soluciones de hidrógeno. El hidrógeno reduce la tasa de crecimiento, pero la temperatura se eleva a 850 o incluso 1050 °C para compensar.
El polisilicio puede crecer directamente con dopaje, si se añaden gases tales como fosfina, arsina o diborano a la cámara de CVD. El diborano aumenta la tasa de crecimiento, pero la arsina y la fosfina lo reducen.
Dióxido de silicio El dióxido de silicio (normalmente llamado simplemente "óxido" en la industria de semiconductores) se pueden depositar por varios procesos diferentes. Los gases de origen más comunes incluyen silano y oxígeno, diclorosilano (SiCl2 H2 ) y óxido nitroso (N2O), o tetraetilortosilicato (TEOS; Si (OC2H5)4 ). Las reacciones son las siguientes: SiH4 + O2 → SiO2 + 2 H2 SiCl2H2 + 2 N2O → SiO2 + 2 N2 + 2 HCl Si (OC2H5 )4 → SiO2 + subproductos
La elección de la fuente de gas depende la estabilidad térmica del substrato, por ejemplo, de aluminio es sensible a la temperatura elevada. Depósitos silano entre 300 y 500 °C, diclorosilano alrededor de los 900 °C, y TEOS entre 650 y 750 °C, resultando una capa de óxido de baja temperatura (LTO). Sin embargo, silano produce un óxido de menor calidad que los otros métodos (inferior resistencia dieléctrica, por ejemplo), y se deposita no conformemente. Cualquiera de estas reacciones pueden ser utilizados en LPCVD, pero la reacción de silano se realiza también en APCVD. ECV óxido invariablemente tiene menor calidad que el óxido térmico, pero la oxidación térmica sólo se puede utilizar en las primeras etapas de fabricación de CI.
Óxido también pueden cultivarse con impurezas (aleación o "dopaje"). Esto puede tener dos propósitos. Durante las etapas del proceso, además, que se producen a alta temperatura, las impurezas pueden difundirse desde el óxido de las capas adyacentes (especialmente silicio) y la doparlas. Los óxidos que contienen impurezas 5-15% en masa a menudo se utilizan con este propósito. Además, el dióxido de silicio aleado con pentóxido de fósforo ("P-vidrio") se puede utilizar para suavizar superficies irregulares. P-vidrio se ablanda y fluye a temperaturas superiores a 1000 °C. Este proceso requiere una concentración de fósforo de al menos 6%, pero concentraciones por encima de 8% puede corroer el aluminio. El fósforo se deposita a partir de gas de fosfina y oxígeno: 4 PH3 + 5 O2 → 2 P2 O5 + 6 H2 Los vidrios que contienen tanto boro como fósforo (vidrio de borofosfosilicato, BPSG) se someten a flujo viscoso a temperaturas más bajas; alrededor de 850 °C es alcanzable con los vidrios que contienen alrededor de 5% en peso de ambos componentes, pero la estabilidad en el aire puede ser difícil de lograr.El óxido de fósforo en altas concentraciones interactúa con la humedad ambiental para producir ácido fosfórico. Los cristales de BPO4 también puede precipitar a partir del vidrio que fluye en el enfriamiento; estos cristales no son fácilmente grabado en los plasmas estándar reactivos utilizados para los óxidos de patrón, y dará lugar a defectos en la fabricación de circuitos de circuito integrado.
Además de estas impurezas intencionales, óxido de CVD puede contener subproductos del proceso de deposición. TEOS produce un óxido relativamente puro, mientras que el silano introduce impurezas de hidrógeno, y el diclorosilano introduce cloro.
También se ha explorado la deposición a baja temperatura (350 a 500 °C) de dióxido de silicio y vidrios a partir de TEOS dopado con ozono en lugar de oxígeno. Los vidrios de ozono tienen una conformalidad excelente, pero tienden a ser higroscópicos - es decir, absorben agua del aire debido a la incorporación de silanol (Si-OH) en el cristal. La espectroscopia infrarroja y la tensión mecánica en función de la temperatura son valiosas herramientas para diagnosticar tales problemas.
Nitruro de silicio El nitruro de silicio se utiliza a menudo como una barrera aislante y químicas en la fabricación de circuitos integrados. Las dos siguientes reacciones de fase gaseosa depositan nitruro: 3 SiH4 + 4 NH3 → Si3 N 4 + 12 H 2 3 SiCl2 H2 + 4 NH3 → Si3 N 4 + 6 HCl + 6 H 2 El nitruro de silicio depositado por LPCVD contiene hasta 8% de hidrógeno. También experimenta un fuerte estrés de tracción, que puede agrietarse películas más gruesas de 200 nm. Sin embargo, tiene mayor resistividad y resistencia dieléctrica que la mayoría de los aisladores comúnmente disponibles en microfabricación (10 16 Ω $ cm y 10 M V / cm, respectivamente).
Otras dos reacciones pueden utilizazse en el plasma para depositar SENOH: 2 SiH4 + N2 → 2 SiNH + 3 H2 SiH4 + NH3 → SiNH + 3 H2 Estas películas tienen mucho menos estrés a la tracción, pero peores propiedades eléctricas (resistividad 106 1015 w · cm, y la fuerza dieléctrica 1 a 5 MV / cm).
Metales Algunos metales (significativamente el aluminio y el cobre ) rara vez, o nunca, se depositan mediante CVD. En 2010 no existía, un proceso CVD comercialmente viables para el cobre, a pesar de que se habían probado formiato de cobre, cobre (HFAC) 2, Cu (II) acetoacetato de etilo, y otros precursores. La deposición de cobre metálico se realiza principalmente por galvanoplastia, con el fin de reducir coste. El aluminio puede ser depositado a partir de tri- isobutil aluminio (TIBAL), tri etilo / aluminio de metilo (TEA, TMA), o hidruro de dimetilaluminio (DMAH), pero generalmente se prefieren los métodos de deposición física de vapor.
Sin embargo, los procesos de CVD se utilizan ampliamente con el molibdeno, tantalio, titanio, níquel, wolframio. Estos metales pueden formar útiles siliciuros cuando se depositan sobre el silicio. Mo, Ta y Ti se depositan por LPCVD, desde sus pentacloratos. Níquel, molibdeno y wolframio se pueden depositar a bajas temperaturas de sus precursores de carbonilo. En general, para un metal arbitrario M, la reacción es como sigue: 2 MCI5 + 5 H2 → 2 M + 10 HCl
La fuente habitual de wolframio es el hexafluoruro de wolframio, que puede ser depositado de dos formas: WF6 → W + 3 H2 WF6 + 3 H2 → W + 6 HF
Diamantes thumb|alt=A colorless faceted gem|Gema cortada de un diamante incoloro realizado mediante deposición química de vapor