Procesos de fabricacin II PDF 215

GOMEZ GOMEZ JACOBO DE JESUS VALLE CERNA MILSON PEREZ RAMIREZ KEVIN ALEXANDER

La Deposicin Qumica en fase de Vapor o CVD

DEPOSICIN QUMICA DE VAPOR

La deposicin qumica de vapor es un proceso de recubrimiento con plasmaque se puede realizar usando un sistemas de plasma a baja presin. Ladeposicin qumica de vapor (CVD, por sus siglas en ingls) permite depositarcapas extremadamente delgadas sobre una superficie. Esto se logra calentandola superficie a una temperatura elevada antes de canalizar un monmero en lacmara. El monmero deja un recubrimiento sobre cualquier material que elfabricante desee emplear. La CVD se emplea en el campo de lossemiconductores para aplicar pelculas o recubrimientos muy delgados sobresuperficies. Generalmente las superficies son recubiertas con capas decarbono, silicio, nanotubos de carbono, carburo de silicio o nitruro de silicio. LaCVD tambin se puede emplear en la produccin de diamantes sintticos.

Existen numerosos procesos, dependiendo del campo de aplicacin. Estosprocesos se diferencian en el medio por que se inician las reaccionesqumicas (por ejemplo, proceso de activacin) y las condiciones del proceso.

ASPECTOS BASICOS DE LAS REACCIONES DE CVD

Reaccin de uno o varios compuestos en forma de gas o vapor paradar un producto slido (recubrimiento).

Dos tipos de reaccin:

1/ Homognea: fase gas ---- Polvo cermico 2/ Heterognea: superficie ---- Recubrimiento

ASPECTOS GENERALES

Tcnica de sntesis de materiales en capa delgadamediante reaccin qumica en fase vapor, partiendo degases o lquidos precursores.

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

Posibilidad de controlar la composicin de materiales. Recubrimiento uniforme y "conforme" (piezas en 3D) en

una gran variedad de sustratos.

ASPECTOS GENERALES

Tecnologa simple: no requiere alto vaco.Deposicin a temperaturas relativamente bajas

(cuando existe activacin de los gases, lser, plasma, etc.

APLICACIONES

DISPOSITIVOS ELECTRONICOS Y MAGNETICOS

MICROELECTRONICA

RECUBRIMIENTOS OPTICOS

RECUBRIMIENTOS CERAMICOS

Proceso la deposicin qumica de vapor

Es un proceso qumico utilizado para producir productos de alta pureza y dealto rendimiento de materiales slidos. El proceso se utiliza a menudo en laindustria de semiconductores para producir pelculas delgadas. En unproceso CVD estndar el sustrato (oblea) se expone a uno o ms precursoresvoltiles, que reaccionan o se descomponen en la superficie del sustrato paraproducir el depsito deseado. Con frecuencia, tambin se producensubproductos voltiles, que son eliminados por medio de un flujo de gas quepasa a travs de la cmara de reaccin.

Los procesos de microfabricacin CVD se emplean ampliamente paradepositar materiales en diversas formas, incluyendo: monocristalinos,policristalinos, amorfo, y epitaxial. Estos materiales incluyen: silicio, fibra decarbono, nanofibras de carbono, tungsteno, carburo de silicio, nitruro desilicio,. El proceso de CVD se utiliza tambin para producir diamantessintticos.

CVD asistida por plasma

La deposicin qumica de vapor asistida por plasma (PECVD, porsus siglas en ingls) es una forma superior de CVD. En esteproceso se emplea plasma para acelerar el proceso derecubrimiento de superficies.

La tcnica de CVD consiste en la reaccin de una mezcla de gasesen el interior de una cmara de vaco (reactor) para dar lugar a laformacin de un material en forma de capa delgada (fig. 1). Lossubproductos de la reaccin son evacuados hacia el exteriormediante un sistema de alta velocidad de bombeo

ETAPAS DE LA REACCION

1. Transporte de los reactantes hacia la capa lmite.2. Difusin de los reactantes a travs de la capa.3. Absorcin/difusin en la superficie del substrato y reaccin

qumica.

4. Nucleacin de la pelcula sobre el substrato5. Desorcin 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 composicin del producto y

obtener capas de composicin prefijada

Homogeneidad de espesor.

Clasificacin por la presin de funcionamiento

A presin atmosfrica ECV (APCVD) - procesos de CVD a presinatmosfrica.

CVD de baja presin (LPCVD) -. procesos CVD a presionessubatmosfricas presiones reducidas tienden a reducir reaccionesno deseados en fase gaseosa y mejorar la uniformidad de lapelcula sobre la oblea. Los procesos CVD ms modernos son bienLPCVD o UHVCVD.

Ultra vaco, CVD (UHVCVD) - los procesos CVD a una presin muybaja, por lo general por debajo de 10-6 Pa. (~ 10-8 torr ). Tenga encuenta que en otros campos, la divisin inferior entre el alto yultra alto vaco, es a menudo 10-7 Pa.

Clasificadas por las caractersticas fsicas de vapor

Aerosol CVD asistida (AACVD) - Un procedimiento de CVD en la que losprecursores son transportados al sustrato por medio de un aerosollquido/gas, que puede ser generado por ultrasonidos. Esta tcnica esadecuada para su uso con precursores no voltiles.

Inyeccin directa de lquido CVD (DLICVD) - Un procedimiento de CVD en laque los precursores se encuentran en forma lquida (lquido o slido disueltoen un disolvente conveniente). Las soluciones lquidas se inyectan en lacmara de vaporizacin mediante inyectores (por lo general inyectores deautomviles). A continuacin, los vapores precursores son transportados alsustrato como en clsico procedimiento de CVD. Esta tcnica es adecuadapara su uso en precursores lquidos o slidos. Altas tasas de crecimiento sepuede alcanzar con esta tcnica.

Mtodos con Plasma: Microondas asistida por plasma CVD (MPCVD)

Mejorada por plasma CVD (PECVD) - procesos que utilizan CVD deplasma. para mejorar la tasa de reaccin qumica de losprecursores procesamiento PECVD permite la deposicin atemperaturas ms bajas, lo cual es a menudo crtico en lafabricacin de semiconductores.

Remoto mejorada por plasma CVD (RPECVD) - Similar a PECVDexcepto que el sustrato (oblea) no est directamente en la reginde descarga de plasma. La separacin de la oblea de la regin delplasma permite procesar menores temperaturas hasta latemperatura ambiente.

Rpido CVD trmico (RTCVD) - procesos de CVD queutilizan lmparas de calefaccin u otros mtodos paracalentar rpidamente el sustrato de la oblea. Calentarslo el sustrato en lugar de las paredes de gas o cmaraayuda a reducir las reacciones en fase de gas no deseadasque pueden conducir a la formacin de partculas.

Vapor de epitaxia en fase (VPE) Deposicin de vapor asistida por eyeccin electroesttica

(ESAVD)

Aplicaciones.

Las aplicaciones de la deposicin qumica de vapores (CVD) se pueden clasificar segn las caractersticas funcionales de los productos obtenidos: aplicaciones elctricas, opto-elctricas, pticas, mecnicas y qumicas. Esta clasificacin corresponde aproximadamente a los diversos segmentos de la industria, tales como la industria electrnica, la industria ptica, la industria de la herramienta, y la industria qumica. Las aplicaciones de la tcnica tambin se pueden clasificar por la forma de los productos obtenidos como recubrimientos, polvos, fibras y composites.

APLICACIONES ELECTRNICAS: SEMICONDUCTORES

La tcnica de CVD es un proceso importante en la produccin de pelculas delgadas que recubren los tres tipos de materiales electrnicos: semiconductores, conductores y aislantes.

Los materiales semiconductores que se dan en mayor cantidad en produccin o en desarrollo son silicio, germanio, carburo de silicio y diamante.

Aunque el silicio no puede competir con otros materiales semiconductores en reas especficas, es en general un excelente material, un hecho demostrado por su dominio del mercado durante los ltimos cuarenta aos. Se obtiene fcilmente con un alto grado de pureza y a un relativo bajo coste.

La tcnica CVD es utilizada para la produccin de silicio en dos reas principales: La produccin de silicio ultra-puro y 2) en la preparacin de pelculas epitaxiales y policristalinas.

APLICACIONES PTICAS

La siguiente lista muestra una serie de materiales pticos que son obtenidos actualmente por CVD o bien en produccin o experimentalmente:

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

Multicapas de xidos con alto ndice de refraccin (TiO2, ZrO2, HfO2, ThO2) y bajo ndice de refraccin (SiO2) para recubrimientos antirreflectantes.

SiO para filtros. Nitruros de Ti, Zr, Hf para selectividad ptica. Pelculas finas de molibdeno para la reflexin de los rayos infrarrojos

RECUBRIMIENTOS ANTIRREFLECTANTES.

La funcin de un recubrimiento antirreflectante es reducir la reflexinde la superficie de los elementos pticos e incrementar la cantidad deluz transmitida. El resplandor y las imgenes fantasma dereflexiones secundarias se reduce al mnimo.

Actualmente se producen recubrimientos mltiples que son capacesde reducir la reflexin a un 0,3% o menos sobre un amplio rango defrecuencias. Un tpico material anti reflectante es el fluoruro demagnesio, MgF2.

La mayora de recubrimientos antirreflectantes todava se producenpor evaporacin, pero la tcnica de CVD est gradualmenteintroduciendo particularmente en aplicaciones con superficiestridimensionales o huecos profundos. Los recubrimientosantirreflectantes se utilizan en numerosas aplicaciones que incluyenrayos lser, lentes para cmaras y prismticos, paneles deinstrumentos, microscopios, telescopios, etc., as como en cristales enla industria de la automocin y arquitectura.

El objetivo de un recubrimiento reflectante es proporcionar la mxima reflexin. La principal aplicacin de estos recubrimientos se encuentra en los espejos. Adems de la reflexin, otras propiedades tales como resistencia a la abrasin y buena adhesin al vidrio a menudo son requeridas. Un material reflectante comn es el aluminio, que tiene excelente reflectividad.

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

Mas aplicaciones

RECUBRIMIENTOS EN VENTANAS TENDENCIAS EN LAS APLICACIONES PTICAS DE CVD Recubrimientos para bombillas de descarga de gas Recubrimientos para el almacenamiento ptico. Recubrimiento ultravioleta para lser excmero APLICACIONES DE RESISTENCIA AL DESGASTE Y CORROSIN