Procédés chimiques de dépôt à partir d'une phase gazeuse

Auteur(s) :

Pauleau, Yves (1942-....) Découvrir l'auteur

Résumé

Présente trois parties : procédés CVD (Chemical Vapor Deposition) thermiquement activés, procédés CVD activés par plasma et procédés CVD activés par un faisceau de photons.

Éditeur(s)
- Lavoisier
- Hermès science publications
Date
- 2004
Notes
- Bibliogr. Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 415 p. ; 24 x 16 cm
Sujet(s)
ISBN
- 2-7462-0948-9
Indice
- 541.1 Chimie physique, thermodynamique et réactions chimiques, cinétique chimique
Quatrième de couverture
- Cet ouvrage traite des procédés de dépôt de couches minces et de revêtements de surface par réaction chimique à partir d'une phase gazeuse. Ces procédés CVD (Chemical Vapor Deposition) sont utilisés au niveau industriel pour la fabrication des dispositifs semi-conducteurs (circuits intégrés) ou la production de revêtements protecteurs (anti-usure, anti-corrosion, anti-frottement).
  Ce livre est constitué de trois parties principales traitant chacune d'une famille particulière de procédés qu'on peut distinguer suivant le mode d'activation de la réaction chimique mise en jeu : activation thermique, activation par plasma (plasma-enhanced CVD) et activation par un faisceau de photons (procédés photo-CVD et laser-induced CVD).
  Le contenu de cet ouvrage intéresse le personnel technique, les ingénieurs et chercheurs qui travaillent dans le secteur recherche et développement ainsi que dans le secteur production de couches minces ou de revêtements de surface. Les étudiants d'IUT et d'écoles d'ingénieurs trouveront également les principes, les modèles et les principales données fondamentales concernant les procédés CVD couramment utilisés au niveau industriel.
Tables des matières
- - Procédés chimiques de dépôt à partir d'une phase gazeuse
  - Yves Pauleau
  - Hermes Science publications
  - Avant-propos 13
  - Chapitre 1. Présentation générale des procédés 15
  - 1.1. Introduction15
  - 1.2. Gaz précurseurs et réactions chimiques16
  - 1.2.1. Réactions de décomposition thermique16
  - 1.2.2. Réactions d'oxydoréduction17
  - 1.2.3. Réactions acide-base ou de déplacement18
  - 1.3. Différents types de réacteurs CVD18
  - 1.3.1. Réacteurs pour procédé CVD thermiquement activé19
  - 1.3.2. Réacteurs pour procédé CVD plasma20
  - 1.3.3. Réacteurs pour procédé photo-CVD21
  - 1.4. Avantages des procédés CVD22
  - 1.5. Domaines d'application23
  - 1.6. Contrôle du procédé23
  - Première partie. Procédés CVD thermiquement actives 31
  - Chapitre 2. Etude thermodynamique 33
  - 2.1. Intérêt de l'étude33
  - 2.2. Approche thermodynamique34
  - 2.2.1. Calculs thermodynamiques classiques34
  - 2.2.2. Minimisation de la fonction enthalpie libre de Gibbs37
  - 2.3. Exemples de calcul thermodynamique38
  - 2.3.1. Dépôt de revêtements de carbure de titane38
  - 2.3.2. Dépôt de couches minces de nitrure d'aluminium48
  - 2.3.3. Dépôt de couches minces de siliciure de tungstène51
  - Chapitre 3. Régimes d'écoulement gazeux 55
  - 3.1. Introduction55
  - 3.2. Rappel de théorie cinétique des gaz parfaits55
  - 3.2.1. Répartition des vitesses moléculaires55
  - 3.2.2. Vitesses moléculaires caractéristiques56
  - 3.2.3. Energie interne et capacité calorifique molaire d'un gaz parfait59
  - 3.2.4. Flux thermique et adsorption des molécules sur une paroi60
  - 3.2.5. Collisions intermoléculaires63
  - 3.2.6. Phénomènes et propriétés de transfert65
  - 3.2.7. Ecoulements gazeux67
  - 3.3. Ecoulement gazeux dans un réacteur CVD horizontal70
  - 3.3.1. Régime de convection naturelle70
  - 3.3.2. Régime de convection forcée74
  - 3.4. Les couches limites76
  - 3.4.1. Couche limite avec gradient de vitesse linéaire77
  - 3.4.2. Couche limite thermique78
  - 3.4.3. Vérifications expérimentales80
  - Chapitre 4. Dynamique de l'écoulement gazeux 87
  - 4.1. Hydrodynamique et cinétique de croissance87
  - 4.2. Nature de l'écoulement gazeux dans un réacteur92
  - 4.2.1. Gradient de température92
  - 4.2.2. Profils de concentrations de SiCl₄ et HCl95
  - 4.2.3. Conclusions établies à partir des observations expérimentales95
  - 4.2.4. Représentation schématique de l'écoulement gazeux97
  - 4.3. Modèle proposé par Berkman, Ban et Goldsmith97
  - 4.3.1. Processus de diffusion moléculaire dans un réacteur97
  - 4.3.2. Définition de la distance spécifique de diffusion, Delta_d98
  - 4.3.3. Vitesse de croissance de couches de silicium fournie par le modèle classique99
  - 4.3.4. Vitesse de croissance de couches de silicium fournie par le modèle de Berkman et al101
  - 4.4. Application du modèle de Berkman et al. au réacteur CVD102
  - 4.4.1. Comparaison entre la valeur calculée de l'épaisseur effective de la couche limite de diffusion et les résultats expérimentaux103
  - 4.4.2. Influence de la distance b sur l'épaisseur de la couche limite de diffusion104
  - 4.4.3. Aspects caractéristiques de l'expression donnant l'épaisseur réelle de la couche limite107
  - 4.4.4. Comparaison entre les données du modèle de Berkman et al. et les résultats expérimentaux108
  - Chapitre 5. Cinétique de croissance des couches limitée par le transfert de matière en phase gazeuse 113
  - 5.1. Introduction113
  - 5.2. Vitesse de croissance des couches suivant l'inclinaison du suscepteur113
  - 5.2.1. Réacteur CVD avec un suscepteur horizontal114
  - 5.2.2. Réacteur CVD avec un suscepteur incliné117
  - 5.3. Calcul de la vitesse de croissance de couches de silicium118
  - 5.3.1. Calcul du coefficient de diffusion du silane dans le dihydrogène119
  - 5.3.2. Calcul de la vitesse de croissance des couches120
  - 5.4. Conception des réacteurs CVD horizontaux122
  - 5.4.1. Angle critique d'inclinaison du suscepteur122
  - 5.4.2. Facteur de mérite du réacteur123
  - 5.4.3. Longueur critique du suscepteur124
  - 5.5. Limites d'application du modèle de Berkman et al.127
  - Chapitre 6. Cinétique de croissance des couches limitée par les processus de surface 131
  - 6.1. Mécanisme de croissance des couches131
  - 6.2. Cinétique de transfert de matière par diffusion des adatomes132
  - 6.2.1. Modèle proposé par Silvestri, Ghez et Sedgwick132
  - 6.2.2. Validation expérimentale du modèle proposé par Silvestri, Ghez et Sedwick143
  - 6.3. Cinétique de dépôt contrôlée par les réactions chimiques de surface150
  - 6.3.1. Mécanisme de dépôt de couches de silicium obtenues par pyrolyse du silane150
  - 6.3.2. Mécanismes de dépôt de couches de silicium obtenues par réduction des chlorosilanes ou du tétrachlorure de silicium par le dihydrogène161
  - 6.3.3. Mécanisme de dépôt de couches de tungstène obtenues par réduction de l'hexafluorure de tungstène par le dihydrogène163
  - 6.4. Annexe172
  - Chapitre 7. Influence du transfert de matière sur la morphologie des couches déposées 173
  - 7.1. Introduction173
  - 7.2. Définition du nombre CVD, N_CVD176
  - 7.3. Influence de la température sur le nombre CVD177
  - 7.4. Relation entre le nombre CVD et la concentration de gaz réactif180
  - 7.4.1. Procédé de dépôt dont la cinétique est contrôlée par la diffusion181
  - 7.4.2. Procédé de dépôt dont la cinétique est contrôlée par la réaction de surface182
  - 7.4.3. Relation entre le nombre CVD et le facteur de sursaturation182
  - 7.5. Relation entre le nombre CVD et la morphologie des couches183
  - 7.6. Relation entre le nombre CVD, la concentration de trichlorosilane et la morphologie des couches de silicium189
  - 7.6.1. Relation entre la vitesse de croissance de la couche de silicium et la pression initiale de trichlorosilane189
  - 7.6.2. Relation entre la vitesse de croissance de la couche de silicium et le nombre CVD191
  - Chapitre 8. Procédés chimiques de dépôt sélectif 195
  - 8.1. Introduction195
  - 8.2. Phénomènes de germination196
  - 8.2.1. Approche thermodynamique classique196
  - 8.2.2. Modèle statistique200
  - 8.3. Croissance sélective par épitaxie de couches de silicium203
  - 8.3.1. Procédé SEG fonctionnant à la pression atmosphérique203
  - 8.3.2. Procédé SEG à pression réduite205
  - 8.4. Perte de sélectivité au cours de la croissance de couches de silicium209
  - 8.5. Procédé de dépôt sélectif de métaux211
  - 8.5.1. Dépôt sélectif de tungstène par réduction de l'hexafluorure de tungstène par le silicium212
  - 8.5.2. Dépôt sélectif de tungstène par réduction de l'hexafluorure de tungstène par le dihydrogène214
  - 8.5.3. Dépôt sélectif de tungstène par réduction de l'hexafluorure de tungstène par le silane215
  - 8.5.4. Dépôt sélectif de tungstène par réduction de l'hexafluorure de tungstène par le germane216
  - 8.6. Perte de sélectivité au cours du dépôt de couches de tungstène sur silicium217
  - Deuxième partie. Procédés CVD actives par plasma 219
  - Chapitre 9. Décharge électrique dans un gaz sous basse pression 221
  - 9.1. Introduction221
  - 9.2. Différentes catégories de plasmas222
  - 9.2.1. Plasmas thermiques223
  - 9.2.2. Plasmas froids sous basse pression et décharges luminescentes224
  - 9.3. Grandeurs physiques caractéristiques d'un plasma224
  - 9.3.1. Plasmas à l'état stationnaire ou à l'équilibre224
  - 9.3.2. Plasma hors d'équilibre229
  - 9.4. Quasi-neutralité électrique d'un plasma230
  - 9.4.1. Perturbation de la neutralité électrique résultant du déplacement des particules dû à l'agitation thermique230
  - 9.4.2. Perturbation de la neutralité électrique par l'introduction d'une charge externe - Effet d'écran de Debye235
  - 9.5. Différents types de collisions entre les particules dans un plasma238
  - 9.5.1. Collisions élastiques électron-particule neutre239
  - 9.5.2. Collisions inélastiques avec les électrons241
  - 9.6. Processus de perte de particules244
  - 9.6.1. Diffusion des particules vers les parois245
  - 9.6.2. Processus intervenant au voisinage des parois246
  - 9.7. Gain d'énergie pour les électrons248
  - 9.7.1. Interaction des électrons avec un champ électrique continu248
  - 9.7.2. Interaction des électrons avec un champ électrique alternatif253
  - 9.8. Analyse d'un plasma à l'aide d'une sonde électrostatique255
  - 9.8.1. Fonctionnement d'une sonde électrostatique plane ou sonde de Langmuir255
  - 9.8.2. Détermination des grandeurs caractéristiques d'un plasma258
  - Chapitre 10. Procédés d'ionisation d'un gaz sous basse pression 261
  - 10.1. Introduction261
  - 10.2. Processus d'amorçage d'une décharge261
  - 10.2.1. Décharge créée en appliquant une tension continue261
  - 10.2.2. Décharge créée en appliquant une tension haute fréquence267
  - 10.3. Décharge luminescente en courant continu269
  - 10.3.1. Espace cathodique271
  - 10.3.2. Zone cathodique et lueur négative272
  - 10.3.3. Espace sombre de Faraday273
  - 10.3.4. Colonne positive274
  - 10.3.5. Espace anodique274
  - 10.3.6. Répartition du potentiel dans un réacteur plasma en courant continu274
  - 10.4. Décharge luminescente en courant alternatif275
  - 10.4.1. Avantages d'une décharge haute fréquence ou radio fréquence275
  - 10.4.2. Fonctionnement d'un dispositif muni d'électrodes conductrices reliées à un générateur de tension ou de courant alternatif276
  - 10.4.3. Fonctionnement d'un dispositif muni d'une électrode isolante ou possédant un condensateur bloquant dans le circuit électrique externe277
  - 10.4.4. Potentiel d'autopolarisation dans une décharge RF278
  - 10.4.5. Potentiel plasma dans une décharge RF282
  - 10.5. Tension d'autopolarisation d'une électrode plongée dans un plasma et polarisée avec une tension RF283
  - 10.6. Loi des aires285
  - 10.7. Différents modes de couplage électrique entre le générateur RF et le réacteur289
  - 10.8. Caractéristiques propres de la décharge RF290
  - Chapitre 11. Principes et applications des procédés CVD activés par plasma 291
  - 11.1. Introduction291
  - 11.2. Différents types de réacteurs utilisés dans les procédés CVD activés par plasma292
  - 11.3. Cinétique et mécanisme de dépôt294
  - 11.4. Couches de nitrures élaborées par un procédé CVD activé par plasma297
  - 11.4.1. Couches de nitrure de silicium297
  - 11.4.2. Couches de nitrure de bore302
  - 11.5. Couches d'oxydes élaborées par un procédé CVD activé par plasma302
  - 11.5.1. Couches de dioxyde de silicium302
  - 11.5.2. Couches de dioxyde de titane306
  - 11.6. Couches d'oxynitrure de silicium élaborées par un procédé CVD activé par plasma307
  - 11.7. Couches de silicium élaborées par un procédé CVD activé par plasma308
  - 11.7.1. Couches de silicium amorphe308
  - 11.7.2. Couches de silicium polycristallin309
  - 11.7.3. Couches de silicium déposées par épitaxie310
  - 11.8. Couches de matériaux conducteurs élaborées par un procédé CVD activé par plasma313
  - 11.8.1. Couches de tungstène et de molybdène313
  - 11.8.2. Couches de siliciure de métal réfractaire315
  - 11.9. Couches de diamant élaborées par un procédé CVD activé par plasma317
  - 11.10. Autres configurations de réacteurs utilisés dans les procédés CVD activés par plasma318
  - Troisième partie. Procédés CVD actives par un faisceau de photons 319
  - Chapitre 12. Procédés photochimiques de dépôt 321
  - 12.1. Introduction321
  - 12.2. Interactions entre les photons et le milieu réactionnel322
  - 12.2.1. Interactions entre les photons et les molécules de gaz précurseur322
  - 12.2.2. Interactions entre les photons et les espèces adsorbées324
  - 12.3. Photolyse du gaz précurseur325
  - 12.4. Réactions photocatalytiques327
  - 12.4.1. Absorption d'un rayonnement328
  - 12.4.2. Mécanisme réactionnel329
  - 12.4.3. Phénomène de germination332
  - 12.5. Procédé de dépôt par photosensibilisation334
  - 12.6. Croissance par épitaxie de couches de tellurure de cadmium et mercure par un procédé photochimique337
  - 12.6.1. Aspect thermodynamique de la photolyse337
  - 12.6.2. Caractéristiques spectrales des composés organométalliques et des lampes à vapeur de mercure338
  - 12.6.3. Photolyse des précurseurs et des mélanges gazeux339
  - 12.6.4. Mécanisme réactionnel de photolyse340
  - 12.7. Gaz précurseurs utilisés dans les procédés photochimiques de dépôt342
  - 12.8. Sources de rayonnement utilisées dans les procédés photochimiques de dépôt343
  - 12.8.1. Lampes à arc343
  - 12.8.2. Laser argon ionisé346
  - 12.8.3. Laser YAG-néodyme347
  - 12.8.4. Laser à excimère347
  - Chapitre 13. Procédés de dépôt sous irradiation laser 349
  - 13.1. Introduction349
  - 13.2. Présentation générale des procédés de dépôt sous irradiation laser350
  - 13.2.1. Principaux phénomènes intervenant dans la zone d'interaction entre le faisceau laser et le substrat350
  - 13.2.2. Principaux types de réactions chimiques induites par un faisceau laser352
  - 13.3. Cinétique de croissance des microstructures355
  - 13.3.1. Cinétique des procédés photolytiques de dépôt sous irradiation laser355
  - 13.3.2. Cinétique des procédés pyrolytiques de dépôt sous irradiation laser360
  - 13.4. Cinétique de croissance d'îlots de silicium formés par décomposition de silane369
  - 13.4.1. Croissance d'îlots de silicium sous irradiation laser argon ionisé continu370
  - 13.4.2. Croissance d'îlots de silicium sous irradiation laser CO₂ continu375
  - 13.4.3. Mécanisme réactionnel pour la croissance des îlots de silicium produits en régime de transfert de matière par diffusion en phase gazeuse379
  - 13.4.4. Cinétique et mécanisme réactionnel de croissance de lignes de silicium microniques obtenues par un procédé d'écriture directe sous irradiation laser383
  - 13.5. Cinétique de croissance d'îlots de nickel formés par décomposition thermique de nickel tétracarbonyle394
  - 13.5.1. Croissance d'îlots de nickel sous irradiation laser argon ionisé continu394
  - 13.5.2. Croissance d'îlots de nickel sous irradiation laser CO₂ continu399
  - 13.6. Conclusion400
  - Bibliographie 403
  - Index 413
Origine de la notice:
- Electre