CVD PVD. Deposição de Vapor Químico. I Motivação e Aplicações. Ex: oxidação. Deposição de Vapor Químico. CVD Reação química na superfície

Transcrição

1 CVD Deposição de Vpor Químico Deposição de Vpor Químico I Motivção e Aplicções Prof. José Humberto Dis d Silv Ciênci e Tecnologi de Filmes Finos POSMAT Unesp/Buru 1 I.1 - Introdução PVD Deposição Físic de Vpor Physicl Vpor Deposition PVD Condensção de vpor CVD Deposição Químic de Vpor Chemicl Vpor Deposition 3 4 CVD Reção químic n superfície VANTAGENS DO CVD Ex: oxidção 5 Filmes de lt qulidde (estruturl/eletrônic) Txs de deposição miores que evporção ou sputtering Controle de estequiometri reltivmente fácil Fcilidde de dopgem 6 1

2 VANTAGENS DO CVD Produção em grndes áres / váris mostrs Simplicidde do sistem de bombemento (p ~ tm) Objetos de form complex podem ser recobertos Cinétic ds reções complicd Uso de fontes térmics / contminção T lts => restrição dos substrtos Gses retivos, tóxicos e corrosivos DESVANTAGENS \ PROBLEMAS 7 8 Aplicções: trnsistor MOS Alguns regentes cros (metlorgânicos) Cuiddos com homogeneidde/uniformidde Deposições em regiões interns DESVANTAGENS \ PROBLEMAS

3 CVD Processos Químicos Filme => Produto de Reção Químic Retor Simples Adsorção (fisisorção) Ligção (quimisorção) 15 Yu-Crdon 16 Form de retores (Si) Deposição de Vpor Químico II Exemplos de Reções

4 Exemplos Monotômicos = Óxidos = Nitretos = Crbetos = 19 Reçoes no Qudro 0 I- Introdução II Exemplos de Reções III- Termodinâmic / reções III Termodinâmic e Reções Químics IV- Solução de problems práticos V- Conclusões 1 Ao relento... O que diz se um reção pode ou não ocorrer espontnemente? R: Espontâne se G dos produtos for menor do que G dos regentes! Oxid mis ou si o óxido? 3 4 4

5 Termodinâmic de mteriis G = H TS Energi livre de Gibbs H = E + PV E - Energi S Entropi T - Tempertur Entlpi 5 Regentes A + bb cc + dd Produtos E 6 Termodinâmic de mteriis G = H TS = G f G i = H T S Delt G menor que zero => minimiz G => fvorece reção/ formção Reções Químics A + bb cc = cg C o i G A bg G i = G + RT ln( i ) i = tividde d espécie i = concentrção termodinâmic específic Ex: c c C = [ C] B 7 8 = RT ln K i = o c C + RT ln A b B K = e RT K = Constnte de equilíbrio d reção c C C( eq) = RT ln A A( eq) B( B eq) b Exemplo: ( 4 / 3) Al + O Al O K = ( Al O ) 4/ 3 ( ) P( O ) Al ( / 3) 3 /3 = e 3 RT i i( eq) > 1 i => supersturção d espécie i < 1 i( eq) => substurção d espécie i 9 = 0kcl(1000 C) ; P( O ) = x10 35 tm 30 5

6 CVD III Reção fvorável / desfvorável? ma + nb pc + rd p r [ C].[ D] K = = e m n A B [ ].[ ] RT << 0, K >> 1 prob. _ lt >> 0, K << 1 prob. _ bix 0, K 1 reversível( ) 31 3 Exercício: Filmes Epitxiis de Si tbels / exemplo Filmes epitxiis de Si podem ser obtidos por redução com H, ou por pirólise de tetrcloreto de Si, silno, ou de clorosilnos (SiCl4). Pelo cálculo d energi livre de Gibbs encontrr em quis destes compostos pode ser plicdo o método pirolítico pr precipitção de Si K. Trblhr com tods s reções indicds n tbel 5.1 e usr como referênci os ddos d tbel IV Dificulddes, complexidde e solução de problems práticos Cinétic d reção de deposição de Si

7 Fluxo de gás / Inomogeneiddes Distribuição de velociddes ns proximiddes do susceptor (port substrtos) complexidde : esquem de um retor rel O que posso fzer pr resolver problems de homogeneidde nos filmes produzidos por CVD? CVD ssitido por plsm (PECVD) Cilíndrico fluxo rdil / dep. de Si 3 N 4 Linhs de fluxo de gás / simetri xil

8 Retor comercil ( Pensr... e ser critivo... Ou investir Retor complexo (comercil) Comercil: Retor horizontl comercil PECVD lb Retor PECVD - Wikipedi 8

9 CVD Conclusões /Resumo I - Pressões próxims d tmosféric Simplific bombemento Retor simples (?!) Bixo sticking (Sc) Pode cobrir superficies complexs/rugoss CVD Conclusões /Resumo II Uniformidde d deposição depende ds uniformiddes de: - Fluxo de gás - Tempertur ( Grd(T(r))~0) CVD Conclusões /Resumo III Reção fvorável / desfvorável? ma + nb pc + rd p r [ C].[ D] K = = e m n A B [ ].[ ] RT << 0, K >> 1 prob. _ lt >> 0, K << 1 prob. _ bix 0, K 1 reversível( ) CVD Conclusões /Resumo IV - Cinétic de reção pode ser complex - Depende de produtos intermediários 51 5 CVD - Resumo V Alts temperturs de substrto Pode excluir lguns mteriis Pr contornr / otimizr Precursores metlorgânicos M-(CH 3 ) n MOCVD Deposição ssistid por plsm PECVD ( plsm usdo pr quebrr moléculs). CVD Conclusões /Resumo I - Pressões próxims d tmosféric II - Uniformidde d deposição complexidde do sistem III Reção fvorável => << 0 IV - Cinétic de reção produtos intermediários V Alts temperturs vs. MOCVD / PECVD

10 Bibliogrfi D180 GN MOCVD System Smith Cp. 7 Ohring Cps. 1 e 4 Nots de ul prof. Mário Bic de Mores (Unicmp). Alguns sites de interesse Exceptionl GN mteril development nd production Get proven dvntges for the growth of dvnced GNbsed devices, including UV LEDs, blue spectrum lsers nd FETs -- nd meet the chllenges of Al-contining compounds -- with the Veeco Discovery D180 GN. It's idelly suited to provide fst growth rtes for qulity GN deposition nd provides stble growth chmber conditions from run-to-run with miniml build-up of deposits bove wfers. The D180 GN optimizes repetbility with integrted RelTemp 00 in-situ wfer temperture mesurement Finl CVD Prof. José Humberto Dis d Silv Ciênci e Tecnologi de Filmes Finos POSMAT Unesp/Buru Versão CVD_011_Versão