La Deposición Química de Vapor Oo CVD

La Deposición Química en fase de Vapor o CVD

Procesos de fabricación II GOMEZ GOMEZ JACOBO DE JESUS VALLE CERNA MILSON PEREZ RAMIREZ KEVIN ALEXANDER

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DEPOSICIÓN QUÍMICA DE VAPOR La deposición química de vapor es un proceso de recubrimiento con plasma que se puede realizar usando un sistemas de plasma a baja presión. La deposición química de vapor (CVD, por sus siglas en inglés) permite depositar capas extremadamente delgadas sobre una superficie. Esto se logra calentando la superficie a una temperatura elevada antes de canalizar un monómero en la cámara. El monómero deja un recubrimiento sobre cualquier material que el fabricante desee emplear. La CVD se emplea en el campo de los semiconductores para aplicar películas o recubrimientos muy delgados sobre superficies. Generalmente las superficies son recubiertas con capas de carbono, silicio, nanotubos de carbono, carburo de silicio o nitruro de silicio. La CVD también se puede emplear en la producción de diamantes sintéticos.

• Existen numerosos procesos, dependiendo del campo de aplicación. Estos procesos se diferencian en el medio por que se inician las reacciones químicas (por ejemplo, proceso de activación) y las condiciones del proceso.

ASPECTOS BASICOS DE LAS REACCIONES DE CVD

Reacción de uno o varios compuestos en forma de gas o vapor para dar un producto sólido (recubrimiento). Dos tipos de reacción:

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1/ Homogénea: fase gas ---- Polvo cerámico 2/ Heterogénea: superficie ---- Recubrimiento

ASPECTOS GENERALES

• Técnica

de síntesis de materiales en capa delgada mediante reacción química en fase vapor, partiendo de gases o líquidos precursores.

• Permite

depositar una gran variedad de materiales, fundamentalmente metales y compuestos metálicos.

• Posibilidad de controlar la composición de materiales. • Recubrimiento uniforme y "conforme" (piezas en 3D) en una gran variedad de sustratos.

ASPECTOS GENERALES • Tecnología simple: no requiere alto vacío.

• Deposición a temperaturas relativamente bajas (cuando existe activación de los gases, láser, plasma, etc. APLICACIONES DISPOSITIVOS ELECTRONICOS Y MAGNETICOS MICROELECTRONICA RECUBRIMIENTOS OPTICOS RECUBRIMIENTOS CERAMICOS

Proceso la deposición química de vapor • 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: monocristalinos, policristalinos, amorfo, y epitaxial. Estos materiales incluyen: silicio, fibra de carbono, nanofibras de carbono, tungsteno, carburo de silicio, nitruro de silicio,. El proceso de CVD se utiliza también para producir diamantes sintéticos.

CVD asistida por plasma

• La deposición química de vapor asistida por plasma (PECVD, por sus siglas en inglés) es una forma superior de CVD. En este proceso se emplea plasma para acelerar el proceso de recubrimiento de superficies.

• La técnica de CVD consiste en la reacción de una mezcla de gases en el interior de una cámara de vacío (reactor) para dar lugar a la formación de un material en forma de capa delgada (fig. 1). Los subproductos de la reacción son evacuados hacia el exterior mediante un sistema de alta velocidad de bombeo

ETAPAS DE LA REACCION

1. Transporte de los reactantes hacia la capa límite. 2. Difusión de los reactantes a través de la capa. 3. Absorción/difusión en la superficie del substrato y reacción química.

4. Nucleación de la película sobre el substrato 5. Desorción de los subproductos. 6. Transporte de los subproductos hacia el exterior.

CLASIFICACION DE LAS TECNICAS DE CVD

CARACTERISTICAS

• Versatilidad (aislantes, conductores, etc.) • Compatibilidad con otros tratamientos y procesos • Posibilidad de escalado a nivel industrial • Posibilidad de controlar la composición del producto y obtener capas de composición prefijada

• Homogeneidad de espesor.

Clasificación 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.

Clasificadas 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.

Métodos con 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.

• 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)

Aplicaciones. Las aplicaciones de la deposición química de vapores (CVD) se pueden clasificar según las características funcionales de los productos obtenidos: aplicaciones eléctricas, opto-eléctricas, ópticas, mecánicas y químicas. Esta clasificación corresponde aproximadamente a los diversos segmentos de la industria, tales como la industria electrónica, la industria óptica, la industria de la herramienta, y la industria química. Las aplicaciones de la técnica también se pueden clasificar por la forma de los productos obtenidos como recubrimientos, polvos, fibras y composites.

APLICACIONES ELECTRÓNICAS: SEMICONDUCTORES

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La técnica de CVD es un proceso importante en la producción de películas delgadas que recubren los tres tipos de materiales electrónicos: semiconductores, conductores y aislantes. Los materiales semiconductores que se dan en mayor cantidad en producción o en desarrollo son silicio, germanio, carburo de silicio y diamante.

Aunque el silicio no puede competir con otros materiales semiconductores en áreas específicas, es en general un excelente material, un hecho demostrado por su dominio del mercado durante los últimos cuarenta años. Se obtiene fácilmente con un alto grado de pureza y a un relativo bajo coste. La técnica CVD es utilizada para la producción de silicio en dos áreas principales: La producción de silicio ultra-puro y 2) en la preparación de películas epitaxiales y policristalinas.

APLICACIONES ÓPTICAS

• La siguiente lista muestra una serie de materiales ópticos que son obtenidos actualmente por CVD o bien en producción o experimentalmente:

• SnO2 para el control de la emisividad (las denominadas ventanas de baja emisividad).

• Multicapas de óxidos con alto índice de refracción (TiO2, ZrO2, HfO2, ThO2) y bajo índice de refracción (SiO2) para recubrimientos antirreflectantes.

• SiO para filtros. • Nitruros de Ti, Zr, Hf para selectividad óptica. • Películas finas de molibdeno para la reflexión de los rayos infrarrojos •

RECUBRIMIENTOS ANTIRREFLECTANTES.

• La función de un recubrimiento antirreflectante es reducir la reflexión • •

de la superficie de los elementos ópticos e incrementar la cantidad de luz transmitida. El resplandor y las imágenes “fantasma” de reflexiones secundarias se reduce al mínimo. Actualmente se producen recubrimientos múltiples que son capaces de reducir la reflexión a un 0,3% o menos sobre un amplio rango de frecuencias. Un típico material anti reflectante es el fluoruro de magnesio, MgF2. La mayoría de recubrimientos antirreflectantes todavía se producen por evaporación, pero la técnica de CVD está gradualmente introduciendo particularmente en aplicaciones con superficies tridimensionales o huecos profundos. Los recubrimientos antirreflectantes se utilizan en numerosas aplicaciones que incluyen rayos láser, lentes para cámaras y prismáticos, paneles de instrumentos, microscopios, telescopios, etc., así como en cristales en la industria de la automoción y arquitectura.

• El objetivo de un recubrimiento reflectante es proporcionar la máxima reflexión. La principal aplicación de estos recubrimientos se encuentra en los espejos. Además de la reflexión, otras propiedades tales como resistencia a la abrasión y buena adhesión al vidrio a menudo son requeridas. Un material reflectante común es el aluminio, que tiene excelente reflectividad.

• Podemos encontrar recubrimientos reflectantes en instrumentos de la industria aeroespacial, telescopios, espectrómetros, proyectores, lectores de microfilms, láser y muchas otras aplicaciones.

Mas aplicaciones • RECUBRIMIENTOS EN VENTANAS • TENDENCIAS EN LAS APLICACIONES ÓPTICAS DE CVD • Recubrimientos para bombillas de descarga de gas • Recubrimientos para el almacenamiento óptico. • Recubrimiento ultravioleta para láser excímero • APLICACIONES DE RESISTENCIA AL DESGASTE Y CORROSIÓN