CVD

CVD ist ein Beschichtungsverfahren in der Gasphase. Gasförmige Vorläufermoleküle (Präkursoren) werden ausgewählt.

1. Präkursoren adsorbieren auf dem Substrat.

2. Chemische Reaktion zwischen den Präkursoren oder mit der Substratoberfläche.

3. Bildung einer festen Schicht auf dem Substrat.

4. Kontrolle der Prozessparameter wie Temperatur, Druck und Gasflussraten.

5. Anwendung in der Mikroelektronik, Optik, Halbleiterindustrie und Keramikherstellung.

• diffusionsbestimmter Prozess -> Diffusion durch Randschicht

• reaktionsbestimmter Prozess -> OF-Reaktion langsam

Diffusionsbestimmte Prozesse:

• Molekülbewegung von hoher Konzentration zu niedriger Konzentration

• Reaktionsgeschwindigkeit hauptsächlich durch Diffusion begrenzt

• Beweglichkeit der reagierenden Moleküle beeinflusst die Reaktion

• Einflussfaktoren: Temperatur, Konzentration, Druck, Molekülgröße

• Bei niedrigen Temperaturen/langsamen Diffusionsraten zeitaufwendig

Reaktionsbestimmte Prozesse:

• Geschwindigkeit durch chemische Reaktion selbst begrenzt

• Reaktionen verlaufen schnell, reagierende Moleküle ausreichend verfügbar

• Reaktionsgeschwindigkeit durch Reaktionstyp, Aktivierungsenergie und Katalysatoren beeinflusst

• Bevorzugt bei höheren Temperaturen/hohen Konzentrationen

• Heißwandreaktor

  • homogene Bedingungen

  • gut kontrollierbar

  • ABER: erhöhte Tendenz zur Pulverbildung u. Abscheidung an den Reaktorwänden

• Kaltwandreaktor

  Vorteile	Nachteile
  hohe Abscheidetemperatur bewirkt sehr gute Haftfestigkeit	Strömungsdynamik sehr komplex
  hohe Schichtperfektion	hohe Temperaturen schränken Substratmaterialien
  gut steuerbare Gaszufuhr	Wechselwirkung zwischen SChicht- und Substratmaterial

• Heißdraht-CVD

  • stromdurchflossener Draht mit Temp. 2000…2600°C

  • Dissoziation der Präkursormoleküle u. Bildung von Radikalen

  Vorteile	Nachteile
  hohe Beschichtungsrate, einfache Anlagentechnik	Verunreinigungen der Shciht mit Drahtmaterial
  gute Aufskalierbarkeit	Reaktion des Drahtes mit dem Präkursor

• Laser-CVD

  • lokale Erwärmung durch intensiven Laserstrahl

  • pyrolytische Anregung

  • fotolytische Anregung

Anregung der Präkursoren durch eine Gasentladung, d.h. durch ein Niederdruckplasma (p=10^3…1 mbar)

-> Fragmentierung, Ioniesierung, Elektronische Anregung

1. Gasvorläufermoleküle: Ähnlich wie beim CVD werden gasförmige Vorläufermoleküle (Präkursoren) ausgewählt, die die gewünschten Atome oder Moleküle für die Schichtbildung enthalten. Diese Präkursoren können Einzelelemente oder Verbindungen sein.

2. Plasmaerzeugung: Um ein Plasma zu erzeugen, wird elektrische Energie in das Gas eingeleitet. Dies kann durch verschiedene Methoden geschehen, wie z. B. Anlegen einer Hochfrequenzspannung oder Anlegen einer Gleichspannung zwischen Elektroden.

3. Ionisierung und Radikale: Die elektrische Energie im Gas erzeugt eine Vielzahl von ionisierten und hochenergetischen Spezies, einschließlich Elektronen, Ionen und Radikalen. Diese Spezies sind äußerst reaktiv und beschleunigen die chemischen Reaktionen.

4. Reaktionen in der Gasphase: Die ionisierten Spezies und Radikale reagieren mit den gasförmigen Vorläufermolekülen in der Gasphase. Diese Reaktionen können die Bildung neuer gasförmiger Spezies und Moleküle induzieren.

5. Abscheidung auf dem Substrat: Das zu beschichtende Substrat wird in die Reaktionskammer eingebracht, wo es mit den reagierenden gasförmigen Spezies und Molekülen in Kontakt kommt. Die reaktiven Spezies adsorbieren und reagieren auf der Oberfläche des Substrats, wodurch eine dünne Schicht abgeschieden wird.

• Bauteilbeschichtung innerhalb der Plasmazone

• direkte Plasmaanregung, Beschichtung im abströmende Gas

• indirekte Anregung mit separiertem Plasma (Remote-Anregung)