Depot chimique en phase vapeur

Dépôt chimique en phase vapeur

Le dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pour l'anglais chemical vapor deposition) est une méthode de dépôt de films minces, à partir de précurseurs gazeux.

Principe

La CVD est un procédé utilisé pour produire des matériaux solides de haute performance, et de grande pureté. Ce procédé est souvent utilisé dans l'industrie du semi-conducteur pour produire des couches minces. Dans un procédé CVD typique, le substrat est exposé à un ou plusieurs précurseurs en phase gazeuse, qui réagissent et/ou se décomposent à la surface du substrat pour générer le dépôt désiré. Fréquemment, des sous-produits de réactions, eux-mêmes en phase gazeuse, sont produits et évacués par le flux gazeux qui traverse en continu la chambre de réaction.

Les procédés de microfabrication utilisent largement la CVD pour déposer des matériaux sous des formes variées : monocristallins, polycristallins, amorphes, épitaxiés. Ces matériaux incluent le silicium, la silice, le silicium-germanium, les carbures de silicium, du carbone diamant, les fibres, nanofibres, filaments, nanotubes de carbone, le tungsten, des matériaux à haute permittivité électrique, etc.

Variantes du dépôt chimique en phase vapeur

Il existe plusieurs formes de CVD. Ces procédés diffèrent les uns des autres selon le moyen dont les réactions chimiques sont initiées et par les conditions du procédé.

• Classification selon la pression totale
  • Atmospheric pressure CVD (APCVD) - CVD réalisée à pression atmosphérique.
  • Low-pressure CVD (LPCVD) - CVD réalisée à pression sous-atmosphérique^[1]. Les pressions réduites tendent à réduire les réactions en phase gazeuse non désirées et augmentent l'uniformité des films le long des substrats. La plupart des procédé CVD actuel sont soit LPCVD soit UHVCVD.
  • Ultrahigh vacuum CVD (UHVCVD) - CVD réalisée à pression très basse, typiquement sous 10^-6 Pa (~ 10^-8 torr). NB: dans d'autres champs, une sous-division entre "high" and "ultra-high vacuum" est courante, se situant souvent à 10^-7 Pa.

• Classification en fonction des caractéristiques physiques du réactif
  • Aerosol assisted CVD (AACVD) - dans laquelle le précurseur est transporté jusqu'au substrat au moyen d'un aérosol liquide:gaz qui peut être généré par ultrasons. cette technique est appropriée dans le cas d'utilisation de précurseurs non volatiles.
  • Direct liquid injection CVD (DLICVD) - dans laquelle les précurseur sont à l'état liquide (liquide ou solide dissouts dans un solvant approprié). Les solutions liquides sont injectées dans une chambre de vaporisation au moyen d'injecteurs. Ensuite les précurseurs sont transportés jusqu'au substrat comme dans un procédé CVD classique. Cette technique est appropriée pour l'utilisation de précurseurs liquides ou solides. Des vitesses de croissances élevées peuvent être atteintes par cette technique.
• Plasma methods (see also Plasma processing)
  • Microwave plasma-assisted CVD (MPCVD)
  • Plasma-Enhanced CVD (PECVD) - dans lequel un plasma est employé pour augmenter le taux de réactions des précurseurs^[2]. Cette viariante permet le dépot à des températures plus faibles (la température étant souvent un point bloquant).
  • Remote plasma-enhanced CVD (RPECVD) - Similar to PECVD except that the wafer substrate is not directly in the plasma discharge region. Removing the wafer from the plasma region allows processing temperatures down to room temperature.
• Atomic layer CVD (ALCVD) – Deposits successive layers of different substances to produce layered, crystalline films. See Atomic layer epitaxy.
• Hot wire CVD (HWCVD) - Also known as Catalytic CVD (Cat-CVD) or hot filament CVD (HFCVD). Uses a hot filament to chemically decompose the source gases.^[3]
• Metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) - CVD processes based on metalorganic precursors.
• Hybrid Physical-Chemical Vapor Deposition (HPCVD) - Vapor deposition processes that involve both chemical decomposition of precursor gas and vaporisation of solid a source.
• Rapid thermal CVD (RTCVD) - CVD processes that use heating lamps or other methods to rapidly heat the wafer substrate. Heating only the substrate rather than the gas or chamber walls helps reduce unwanted gas phase reactions that can lead to particle formation.
• Vapor phase epitaxy (VPE)

Problèmes liés au dépôt

Dans certains cas, les fortes températures de dépôt engendrent des contraintes résiduelles importantes pendant la phase de refroidissement. Ces contraintes dépendent fortement des caractéristiques mécaniques du substrat et de la couche à déposer, et peuvent avoir un impact sur la qualité du film et ses performances en service.

Notes et références

1. ↑ Dépôt chimique en phase vapeur à pression sous-atmosphérique
2. ↑ PECVD
3. ↑ Schropp, R.E.I.; B. Stannowski, A.M. Brockhoff, P.A.T.T. van Veenendaal and J.K. Rath. "Hot wire CVD of heterogeneous and polycrystalline silicon semiconducting thin films for application in thin film transistors and solar cells" (PDF). Materials Physics and Mechanics: 73–82. 

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