CVD

CVD (Chemical Vapor Deposition, химическое осаждение из газовой фазы) — процесс нанесения тонких плёнок на подложку путём химических реакций газообразных прекурсоров. Основной метод создания диэлектриков (SiO₂, Si₃N₄), поликристаллического кремния и барьерных слоёв в производстве микросхем.

Принцип работы

В камеру с нагретой кремниевой пластиной подают газы-прекурсоры. При высокой температуре газы разлагаются и реагируют на поверхности пластины, образуя тонкую плёнку нужного материала. Побочные продукты откачиваются вакуумным насосом.

Пример: для осаждения оксида кремния (SiO₂) подают силан (SiH₄) и кислород (O₂). При 400-800°C на поверхности идёт реакция: SiH₄ + O₂ → SiO₂ + 2H₂. Плёнка растёт со скоростью 10-100 нм в минуту, толщина контролируется с точностью до 1 нм.

LPCVD: качество для транзисторов

LPCVD (Low Pressure CVD, при низком давлении 10-100 Па) проводится при 600-800°C. Низкое давление обеспечивает равномерность: газы диффундируют быстрее, плёнка получается одинаковой толщины по всей пластине и даже в глубоких канавках (высокая конформность).

LPCVD используют для критических слоёв: затворный оксид (SiO₂) толщиной 1-5 нм, нитрид кремния (Si₃N₄) для масок травления, поликристаллический кремний для затворов транзисторов. Ограничение — высокая температура: 800°C разрушает металлические слои (алюминий плавится при 660°C).

PECVD: плазма снижает температуру

PECVD (Plasma-Enhanced CVD) использует плазму для активации газов, снижая температуру процесса до 200-400°C. Плазма разрывает молекулярные связи, которые в LPCVD разрывает высокая температура. Это позволяет наносить плёнки поверх алюминиевых и медных межсоединений без их повреждения.

PECVD — основной метод для межслойных диэлектриков (ILD) в многоуровневой металлизации. Современный процессор содержит 10-15 слоёв медных проводников, разделённых SiO₂ или low-k диэлектриками, нанесёнными методом PECVD. Качество плёнок ниже, чем у LPCVD (больше водорода и дефектов), но допустимо для изоляции.

MOCVD: для LED и полупроводниковых лазеров

MOCVD (Metal-Organic CVD) — специализированный метод для соединений III-V группы: GaN (нитрид галлия), GaAs (арсенид галлия), InP (фосфид индия). Прекурсоры — металлоорганические соединения: триметилгаллий Ga(CH₃)₃ и аммиак NH₃ для GaN.

MOCVD — единственный промышленный метод выращивания эпитаксиальных слоёв для синих и белых светодиодов (LED), полупроводниковых лазеров и солнечных ячеек III-V типа. Установка MOCVD стоит $2-5 миллионов, а процесс требует контроля толщины с точностью до одного атомного слоя (~0.3 нм).

ALD: атомарная точность

ALD (Atomic Layer Deposition, атомно-слоевое осаждение) — предельный случай CVD. Газы подаются по очереди: сначала один прекурсор (формирует моноатомный слой), затем второй (завершает реакцию). За один цикл — один атомный слой (~0.1 нм). Медленно (1 нм/мин), но с абсолютной конформностью и контролем толщины. ALD используют для затворного оксида транзисторов толщиной 1-2 нм — слоя, от которого зависит работа каждого из миллиардов транзисторов в процессоре.