CVD - Chemical Vapor Deposition

• Chemical Vapor Deposition (CVD) ist ein Vakuumverfahren zur Herstellung hochwertiger, leistungsstarker Feststoffe.

• Häufig in der Halbleiterindustrie zur Produktion von Dünnschichten verwendet.

• Typischer Prozess: Wafer (Substrat) wird flüchtigen Vorstufen ausgesetzt, die auf der Oberfläche reagieren oder sich zersetzen, um den gewünschten Belag zu erzeugen.

• Es entstehen oft flüchtige Nebenprodukte, die durch Gasstrom aus der Reaktionskammer entfernt werden.

• Mikrostrukturierungsprozesse nutzen CVD zur Ablagerung verschiedener Materialformen: monokristallin, polykristallin, amorph und epitaktisch.

• Verwendete Materialien: Silizium (Dioxid, Karbid, Nitrid, Oxynitrid), Kohlenstoff (Fasern, Nanofasern, Nanoröhren, Diamant und Graphen), Fluorkohlenwasserstoffe, Filamente, Wolfram, Titannitrid und verschiedene Hoch-κ-Dielektrika

Arten der CVD

• Verschiedene Formate der CVD (Chemical Vapor Deposition)

• Unterschiedliche Prozesse basieren auf der Art, wie chemische Reaktionen eingeleitet werden

Einteilung nach Betriebsbedingungen:

• APCVD (Atmospheric Pressure CVD): CVD bei atmosphärischem Druck

• LPCVD (Low-Pressure CVD): CVD bei unteratmosphärischen Drücken, reduziert unerwünschte Gasphasenreaktionen, verbessert Filmuniformität

• UHVCVD (Ultrahigh Vacuum CVD): CVD bei sehr niedrigem Druck, typischerweise unter 10⁻⁶ Pa

• SACVD (Sub-atmospheric CVD): CVD bei unteratmosphärischen Drücken, nutzt TEOS und Ozon zur Füllung von Si-Strukturen mit SiO₂

Einteilung nach physikalischen Eigenschaften des Dampfes:

• AACVD (Aerosol Assisted CVD): Vorläufer werden mittels Flüssig-/Gas-Aerosol transportiert

• DLICVD (Direct Liquid Injection CVD): Vorläufer in flüssiger Form werden in eine Verdampfungskammer injiziert, geeignet für flüssige oder feste Vorläufer, hohe Wachstumsraten möglich

Einteilung nach Art der Substraterwärmung:

• Hot wall CVD: Kammer wird extern beheizt, Substrat durch Strahlung von Kammerwänden

• Cold wall CVD: Nur das Substrat wird direkt erhitzt, Kammerwände bleiben bei Raumtemperatur

Plasmamethoden:

• MPCVD (Microwave Plasma-assisted CVD)

• PECVD (Plasma-enhanced CVD): Nutzt Plasma zur Erhöhung der chemischen Reaktionsraten, ermöglicht Abscheidung bei niedrigeren Temperaturen, wichtig für Halbleiterfertigung

• RPECVD (Remote Plasma-enhanced CVD): Substrat nicht direkt in der Plasmaentladungsregion, Verarbeitungstemperaturen bis Raumtemperatur möglich

• LEPECVD (Low-energy plasma-enhanced CVD): Nutzt ein hochdichtes, niederenergetisches Plasma für epitaktische Abscheidung

Anwendungen

• CVD (Chemical Vapor Deposition) wird verwendet zur Ablagerung von konformen Filmen und zur Modifizierung von Substratoberflächen.

• Besonders nützlich bei der atomlagenweisen Abscheidung (Atomic Layer Deposition) extrem dünner Materialschichten.

• Anwendungen:

  • Galliumarsenid: In integrierten Schaltkreisen (ICs) und Photovoltaikgeräten.

  • Amorphes Polysilizium: In Photovoltaikgeräten.

  • Bestimmte Karbide und Nitride: Verleihen Verschleißfestigkeit.

  • Polymerisation durch CVD: Ermöglicht superdünne Beschichtungen mit wünschenswerten Eigenschaften wie Gleitfähigkeit, Hydrophobie und Wetterbeständigkeit.

  • Metall-organische Gerüste (MOFs): Kristalline, nanoporöse Materialien, demonstriert durch CVD.

  • Skalierbare Prozesse im Reinraum: Abscheidung von großflächigen Substraten, Anwendungen in Gassensorik und niedrig-κ Dielektrika erwartet.

  • Membranbeschichtungen: Geeignet für Entsalzungs- und Wasseraufbereitungsanlagen, da die Beschichtungen gleichmäßig und dünn sind, ohne die Membranporen zu verstopfen.

Verfahrensgrenzen

• Nicht für jede wünschenswerte Schicht existiert eine geeignete gasförmige Verbindung zur Herstellung.

• Hohe Temperaturbelastung des Substrates als Einschränkung des Verfahrens.

• Hitzebelastung kann Verzug an Werkstücken verursachen.

• Temperatur kann oberhalb der Erweichungstemperatur des Materials liegen, wodurch das Verfahren nicht anwendbar ist.

• Hohe Temperaturen führen zu Diffusionsprozessen:

  • Dotierprofile verschmieren.

  • Metalle diffundieren nach Beschichtungsprozessen.

• Es gibt Varianten mit geringerer thermischer Belastung, die negative Effekte verringern