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Deposición química de vapor

El plasma de DC (violeta) aumenta el crecimientode los nanotubos de carbono en un aparato a

escala de laboratorio PECVD

La Deposición Química de Vapor o CVD (de sus siglas en inglésChemical Vapor Deposition) es un proceso químico utilizado paraproducir productos de alta pureza y de alto rendimiento de materialessólidos. El proceso se utiliza a menudo en la industria desemiconductores para producir películas delgadas. En un proceso CVDestandar el sustrato (oblea) se expone a uno o más precursoresvolátiles, que reaccionan o se descomponen en la superficie delsustrato para producir el depósito deseado. Con frecuencia, también seproducen subproductos volátiles, que son eliminados por medio de unflujo de gas que pasa a través de la cámara de reacción.

Los procesos de microfabricación CVD se emplean ampliamente paradepositar materiales en diversas formas, incluyendo: monocristalino,policristalino, amorfo, y epitaxial. Estos materiales incluyen: silicio,fibra de carbono, nanofibras de carbono, filamentos, nanotubos decarbono, SiO2, silicio-germanio, tungsteno, carburo de silicio, nitrurode silicio, oxinitruro de silicio, nitruro de titanio, y diversosdieléctricos de alta k. El proceso de CVD se utiliza también paraproducir diamantes sintéticos.

Procesos

Reactor térmico de CVD denominado de "paredescalientes" (Por sus características operativas)

Existen numerosos procesos, dependiendo del campo de aplicación.Estos procesos se diferencian en el medio por que se inician lasreacciones químicas (por ejemplo, proceso de activación) y lascondiciones del proceso.•• Clasificada por la presión de funcionamiento:

•• A presión atmosférica ECV (APCVD) - procesos de CVD apresión atmosférica.

•• CVD de baja presión (LPCVD) -. procesos CVD a presiones subatmosféricas presiones reducidas tienden areducir reacciones no deseados en fase gaseosa y mejorar la uniformidad de la película sobre la oblea. Losprocesos 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 amenudo 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 esadecuada para su uso con precursores no volátiles.

•• Inyección directa de líquido CVD (DLICVD) - Un procedimiento de CVD en la que los precursores seencuentran en forma líquida (líquido o sólido disuelto en un disolvente conveniente). Las soluciones líquidasse inyectan en la cámara de vaporización mediante inyectores (por lo general inyectores de automóviles). Acontinuación, 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

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alcanzar con esta técnica.

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 losprecursores procesamiento PECVD permite la deposición atemperaturas más bajas, lo cual es a menudo crítico en lafabricación de semiconductores.

•• Remoto mejorada por plasma CVD (RPECVD) - Similar a PECVD excepto que el sustrato (oblea) no estádirectamente en la región de descarga de plasma. La separación de la oblea de la región del plasma permiteprocesar 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 dedeposición de vapor es un ambiente abierto, basado en la técnica de llama para el depósito de alta calidad laspelículas delgadas y los nanomateriales.

•• ECV de alambre caliente (HWCVD) - también conocida como catalizador enfermedades cardiovasculares(ECV-Cat) o caliente filamento de las enfermedades cardiovasculares (HFCVD). Utiliza un filamento calientepara descomponer químicamente los gases primarios.

• Deposición de vapor mediante procesos químicos organometálicos (MOCVD) - procesos CVD basado enprecursores organometálicos.

•• Híbrido físico-deposición de vapor químico (HPCVD) - procesos de deposición de vapor que involucran tanto ladescomposición 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 paracalentar rápidamente el sustrato de la oblea. Calentar sólo el sustrato en lugar de las paredes de gas o cámaraayuda 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 integradosVarios procesos CVD se utilizan en los circuitos integrados (ICs). Materiales específicos se depositan mejor encondiciones 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 soluciónde silano con 70-80% de nitrógeno. Las temperaturas entre 600 y 650 ° C y presiones entre 25 y 150 Pa producir unatasa de crecimiento entre 10 y 20 nm por minuto. Un proceso alternativo utiliza un basado en soluciones dehidrógeno. El hidrógeno reduce la tasa de crecimiento, pero la temperatura se eleva a 850 o incluso 1050 ° C paracompensar.El polisilicio puede crecer directamente con dopaje, si se añaden gases tales como fosfina, arsina o diborano a lacámara de CVD. El diborano aumenta la tasa de crecimiento, pero la arsina y la fosfina lo reducen.

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Dióxido de silicio

El dióxido de silicio (normalmente llamado simplemente "óxido" en la industria de semiconductores) se puedendepositar 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 H2SiCl2H2 + 2 N2O → SiO2 + 2 N2 + 2 HClSi (OC2H5 )4 → SiO2 + subproductos

La elección de la fuente de gas depende la estabilidad térmica del substrato, por ejemplo, de aluminio es sensible a latemperatura elevada. Depósitos silano entre 300 y 500 ° C, diclorosilano alrededor de los 900 ° C, y TEOS entre 650y 750 ° C, resultando una capa de óxido de baja temperatura (LTO). Sin embargo, silano produce un óxido de menorcalidad 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 enAPCVD. ECV óxido invariablemente tiene menor calidad que el óxido térmico, pero la oxidación térmica sólo sepuede utilizar en las primeras etapas de fabricación de CI.Óxido también pueden cultivarse con impurezas (aleación o "dopaje"). Esto puede tener dos propósitos. Durante lasetapas del proceso, además, que se producen a alta temperatura, las impurezas pueden difundirse desde el óxido delas capas adyacentes (especialmente silicio) y la doparlas. Los óxidos que contienen impurezas 5-15% en masa amenudo se utilizan con este propósito. Además, el dióxido de silicio aleado con pentóxido de fósforo ("P-vidrio") sepuede 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% puedecorroer el aluminio. El fósforo se deposita a partir de gas de fosfina y oxígeno:

4 PH3 + 5 O2 → 2 P2 O5 + 6 H2Los vidrios que contienen tanto boro como fósforo (vidrio de borofosfosilicato, BPSG) se someten a flujo viscoso atemperaturas más bajas; alrededor de 850 ° C es alcanzable con los vidrios que contienen alrededor de 5% en peso deambos componentes, pero la estabilidad en el aire puede ser difícil de lograr.El óxido de fósforo en altasconcentraciones interactúa con la humedad ambiental para producir ácido fosfórico. Los cristales de BPO4 tambiénpuede precipitar a partir del vidrio que fluye en el enfriamiento; estos cristales no son fácilmente grabado en losplasmas estándar reactivos utilizados para los óxidos de patrón, y dará lugar a defectos en la fabricación de circuitosde 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 eldiclorosilano introduce cloro.También se ha explorado la deposición a baja temperatura (350 a 500 ° C) de dióxido de silicio y vidrios a partir deTEOS dopado con ozono en lugar de oxígeno. Los vidrios de ozono tienen una conformalidad excelente, perotienden a ser higroscópicos - es decir, absorben agua del aire debido a la incorporación de silanol (Si-OH) en elcristal. La espectroscopia infrarroja y la tensión mecánica en función de la temperatura son valiosas herramientaspara diagnosticar tales problemas.

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Nitruro de silicio

El nitruro de silicio se utiliza a menudo como una barrera aislante y químicas en la fabricación de circuitosintegrados. Las dos siguientes reacciones de fase gaseosa depositan nitruro:

3 SiH4 + 4 NH3 → Si3 N 4 + 12 H 23 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 estrésde tracción, que puede agrietarse películas más gruesas de 200 nm. Sin embargo, tiene mayor resistividad yresistencia dieléctrica que la mayoría de los aisladores comúnmente disponibles en microfabricación (10 16 Ω $ cm y10 M V / cm, respectivamente).Otras dos reacciones pueden utilizazse en el plasma para depositar SENOH:

2 SiH4 + N2 → 2 SiNH + 3 H2SiH4 + 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 2010no existía, un proceso CVD comercialmente viables para el cobre, a pesar de que se habían probado formiato decobre, cobre (HFAC) 2, Cu (II) acetoacetato de etilo, y otros precursores. La deposición de cobre metálico se realizaprincipalmente 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), perogeneralmente 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 porLPCVD, desde sus pentacloratos. Níquel, molibdeno y wolframio se pueden depositar a bajas temperaturas de susprecursores de carbonilo. En general, para un metal arbitrario M, la reacción es como sigue:

2 MCI5 + 5 H2 → 2 + 10 M HClLa fuente habitual de wolframio es el hexafluoruro de wolframio, que puede ser depositado de dos formas:

WF6 → W + 3 H2WF6 + 3 H2 → W + 6 HF

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Diamantes

Gema cortada de un diamante incoloro realizadomediante deposición química de vapor

Se puede emplear CVD para producir diamantes sintéticos mediante lacreación de las circunstancias necesarias para que los átomos decarbono de un gas se asiente sobre un sustrato en forma cristalina.El CVD de diamantes recibe una gran atención en las ciencias demateriales, puesto que permite muchas aplicaciones nuevas deldiamante que se habían considerado demasiado difíciles de hacereconómicamente. El crecimiento ECV del diamante se producenormalmente en condiciones de baja presión (1-27 kPa; 0.145-3.926psi; 7.5-203 Torr ) e implica la alimentación de cantidades variables degases en una cámara, energizando ellos y proporcionar condicionespara el crecimiento de diamantes sobre el sustrato. Los gases siempreincluyen una fuente de carbono, e incluyen también normalmentehidrógeno, aunque las cantidades utilizadas varían mucho dependiendodel tipo de diamante que se cultivan. Las fuentes de energía incluyen filamento caliente, microondas, y descargas dearco, entre otras. La fuente de energía está destinado a generar un plasma en el que los gases se descomponen yproducen químicas más complejas. El proceso químico real del crecimiento del diamante está todavía bajo estudio yse complica por la muy amplia variedad de procesos de crecimientos de diamante utilizado.

Las ventajas de crecimiento del diamante mediante CVD incluyen la capacidad de hacer crecer diamantes en grandesáreas, la capacidad de crecer sobre un substrato, y el control sobre las propiedades del diamante producido. En elpasado, cuando se utilizaron técnicas de alta presión y alta temperatura (HPHT) para producir diamantes, losdiamantes eran típicamente diamantes libres muy pequeñas permanentes de diferentes tamaños. Se han logrado áreasde crecimiento de diamante CVD de más de quince centímetros de diámetro y es probable zonas mucho más grandesen el futuro. La mejora de esta capacidad es clave para permitir varias aplicaciones importantes.La capacidad de hacer crecer diamantes directamente sobre un sustrato es importante porque permite la adición demuchas de las cualidades del diamante a otros materiales. Dado que el diamante tiene la conductividad térmica másalta de cualquier material a granel, capas de diamante en la electrónica de calor de alta producción (tal como laóptica y transistores) permite que el diamante para ser utilizado como un disipador de calor. Se forman películas dediamante en la válvula de anillos, herramientas de corte y otros objetos que se benefician de la dureza del diamante ysu muy baja tasa de desgaste. En cada caso el crecimiento del diamante debe hacerse cuidadosamente para lograr laadhesión necesaria sobre el sustrato. La muy elevada resistencia del diamante al rayado, su conductividad térmica,combinada con un menor coeficiente de expansión térmica que el vidrio Pyrex, un coeficiente de fricción próximo alde teflón ( politetrafluoroetileno) y una fuerte lipofilia haría un revestimiento antiadherente casi ideal para utensiliosde cocina si se pueden recubrir económicamente grande áreas de sustrato.El atributo más importante del crecimiento ECV del diamante es la capacidad de controlar las propiedades deldiamante producido. En el área de crecimiento de diamante de la palabra "diamante" se utiliza como una descripciónde cualquier material compuesto principalmente de carbono enlazado SP3, y hay muchos tipos diferentes dediamante incluidos en esta. Mediante la regulación de la transformación parámetros, especialmente los gasesintroducidos, pero incluyendo también la presión se hace funcionar el sistema bajo, la temperatura del diamante, y elmétodo de generación de plasma puede realizarse muchos materiales diferentes que pueden ser consideradosdiamante. Diamante de cristal único puede hacer que contiene diversos dopantes. Pueden formarse diamantespolicristalinos que consiste en tamaños de grano de varios nanómetros a varios micrómetros. Algunos granos dediamante policristalino están rodeados de fina y no de diamantes de carbono, mientras que otros no lo son. Estosfactores afectan a la dureza del diamante, suavidad, conductividad, propiedades ópticas y mucho más.

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Enlaces externos• Técnicas de deposición química en fase de vapor (CVD) [1]. Cristina Gómez-Aleixandre. Instituto de Ciencia de

Materiales de Madrid. CSIC.• Fundamentals of Chemical Vapor Deposition [2], por TimeDomain CVD, Inc. (en inglés)• Traditional Coating Technologies [3] (en inglés)• Chemical vapor deposition with atmospheric plasma [4] (en inglés)• Daniel M. Dobkin: Fundamentals of Chemical Vapor Deposition [5]. (en inglés)• Markus Winterer: Chemical Vapor Deposition and Chemical Vapor Synthesis [6]. Universität Duisburg Essen (en

inglés, PDF; 6 MB)

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Fuentes y contribuyentes del artículo 7

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Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentesArchivo:PICT0111.JPG  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:PICT0111.JPG  Licencia: Public domain  Contribuyentes: Daniel 1992, Daniele Pugliesi, Glenn,Polyparadigm, Saperaud, 1 ediciones anónimasArchivo:ThermalCVD.PNG  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:ThermalCVD.PNG  Licencia: Public Domain  Contribuyentes: S-keiArchivo:PlasmaCVD.PNG  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:PlasmaCVD.PNG  Licencia: Public Domain  Contribuyentes: S-keiArchivo:Apollo synthetic diamond.jpg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Apollo_synthetic_diamond.jpg  Licencia: Creative Commons Attribution 2.0  Contribuyentes:Steve Jurvetson

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