Главная | Обратная связь

Химическое осаждение из газовой фазы

Химическое осаждение из газовой фазы - получение твердых веществ реакциями с участием газообразных соединений. По механизму реакций подразделяется на 4 вида:

1. термическое разложение или диспропорционирование газообразных соединений, например, SiH₄ →Si, ZrI₄ →Zr, Ni(CO)₄ → Ni, AlF → Al, MRn → M, где M - металл. R - органический радикал.

Диспропорционирование это химическая реакция, в которой один и тот же элемент выступает и в качестве окислителя, и в качестве восстановителя, причём в результате реакции образуются соединения, которые содержат один и тот же элемент в разных степенях окисления. Скорость осаждения путем реакции диспропорционирования составляет 2–4 мкм/час;

2. взаимодействие двух или более газообразных веществ, например, WF₆ + Н₂ → W, SiCl₄ + NH₃ → Si₃N₄, UF₆ + Н₂ + O₂ → UO₂;

3. пиролиз (разложение органических соединений под действием высокой температуры) газообразных углеводородов (отличается многостадийностью и разветвленностью);

4. взаимодействие газообразных веществ с твердыми (контактное осаждение), например: WF₆ + Si → W.

Наиболее многочисленны реакции второго вида. Реакции поглощения газообразных оксидов или галогенидов твердыми веществами (типа СаО + СО₂ → СаСО₃, NaF + HF → NaHF₂) не относят к химическому осаждению из газовой фазы.

Процессы химического осаждения из газовой фазы проводят при обычном или пониженном давлении. Для активирования используют один из трех основных методов: термический, фотохимический (включая лазерный) и плазменный.

Как правило, химическое осаждение из газовой фазы проводят на неподвижной подложке. Однако известны конструкции аппаратов для химического осаждения из газовой фазы, в которых подложки перемещаются вдоль реакционной зоны, качаются или вращаются в ней, а также находятся во взвешенном состоянии, Это позволяет получать плоские, цилиндрические и сферические покрытия, ленты, конусы, нити, стержни и тела произвольной формы, а в сочетании с фотолитографией - сложные микроструктуры. Химическое осаждение из газовой фазы может протекать в объеме и использоваться для получения порошков (подложками служат зародыши твердых продуктов).

С помощью химического осаждения из газовой фазы получают около 200 веществ, среди которых простые вещества и неорганические соединения, а также несколько органических соединений (например, разновидности полиэтилена), сплавы металлов, аморфные "сплавы" Si с Н, F, C1 и др.

Основные области применения химического осаждения из газовой фазы: нанесение функциональных, слоев проводников, полупроводников и диэлектриков (W, Si, SiO₂, Si₃N₄ и др.) при производстве электронных приборов и схем; нанесение разнообразных защитных и декоративных покрытий на детали машин и аппаратов, на инструменты, нанесение защитных и отражающих оптических покрытий; изготовление деталей и изделий из тугоплавких веществ, например сопел из графита или W для ракетных двигателей; выращивание заготовок для кварцевых оптических волокон, в том числе с переменным по диаметру показателем преломления; производство ядерного топлива; производство объемных монокристаллов и "усов" для композиционных материалов; производство высокопористых ультрадисперсных порошков (например, компонентов керамики. наполнителей. адсорбентов). Химическое осаждение из газовой фазы может быть одной из стадий химических транспортных реакций

Химическое осаждение происходит в результате химической реакции в газовой фазе при повышенной температуре и осуществляется в эпитаксиальных или диффузионных установках.

На рисунке 13 представлена упрощенная схема установки для эпитаксии (ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого).

Рисунок 13 - Упрощенная схема реактора для эпитаксии из парогазовой смеси:

1 – держатель,

2 – кремниевая пластина,

3 - пленка

Этот способ используется для получения пленок поликристаллического кремния и диэлектриков. Достоинствами химического осаждения из газовой фазы являются простота, хорошая технологическая совместимость с другими процессами создания полупроводниковых микросхем и сравнительно невысокая температура, благодаря чему практически отсутствует нежелательная разгонка примеси в пластинах.

Скорость осаждения определяется температурой и концентрацией реагирующих газов в потоке нейтрального газа – носителя и составляет в среднем несколько сотых долей микрометра в минуту.