Existen diferentes técnicas de CVD dependiendo del modo de activación de la reacción de la mezcla gaseosa durante el proceso de deposición. A continuación se muestran las características específicas de las diferentes técnicas de activación utilizadas, así como algunas de sus aplicaciones:
CVD activado térmicamente
La reacción química se favorece trabajando a temperaturas elevadas (400 - 1000 °C). Existen diferentes métodos para conseguir la activación térmica del proceso: calentamiento del substrato a depositar mediante una resistencia local (reactor de pared fría) o bien calentamiento de la región del reactor donde tiene lugar la reacción (reactor de pared caliente). Utilizando un reactor de pared caliente se han depositado en nuestro laboratorio capas de oxinitruro de silicio con aplicaciones cerámicas. El reactor consiste en un tubo de cuarzo rodeado por un horno tubular (capaz de alcanzar temperaturas de 1000 °C). Una fotografía del equipo utilizado puede verse en la figura. El diseño del sistema permite trabajar a presiones algo superiores (1Torr < P < 100 Torr), lo que hace posible obtener el mismo material en forma masiva (polvo cerámico).
CVD activado por plasma (PACVD y MWCVD)
La presencia de una descarga eléctrica (en forma de plasma) en el interior del reactor hace que las moléculas de los gases pasen a estados de energía elevada favoreciendo la velocidad de reacción. Generalmente, estas descargas se hacen con fuentes de corriente alterna de alta frecuencia, con objeto de aumentar la eficiencia del proceso de deposición. Los equipos disponibles en el laboratorio permiten trabajar a diferentes frecuencias, en el rango de la radiofrecuencia y en el de las microondas:
Técnica de CVD asistida por plasma de radiofrecuencia (Rf plasma-assisted CVD ó PACVD)
En la técnica de CVD asistida por plasma de radiofrecuencia ("plasma-assisted CVD" ó PACVD) normalmente se trabaja también a presiones bajas (0.01-1 Torr), aunque la temperatura de operación suele ser más baja (< 350°C) que la utilizada en la técnica activada térmicamente. En la figura se muestra una fotografía de un equipo de PACVD (13.56 MHz), utilizado en el laboratorio para la deposición de películas de nitruro y oxido de silicio, oxinitruro de silicio y de carbono amorfo.
Como característica fundamental del equipo, señalaremos la presencia en el interior del reactor de dos electrodos de aluminio plano paralelos para la aplicación de la descarga. En este sistema, el electrodo inferior, donde se sitúan los substratos, dispone de un sistema de calentamiento capaz de alcanzar una temperatura máxima de 350°C. Esta técnica es muy utilizada para depositar capas de Si3N4 empleadas como máscaras de difusión en microelectrónica y para aislamiento entre diferentes niveles de metalización. También se utiliza para depositar silicio amorfo con aplicaciones en células solares.
Técnica de CVD asistida por plasma de microondas (Microwave assisted CVD ó MWCVD)
Esta técnica ha sido recientemente desarrollada en el laboratorio para la preparación de películas de carbono con estructura de diamante. La frecuencia de excitación de la descarga es en este caso de 2.45 GHz, la cual resulta muy adecuada para disociar la molécula de hidrógeno. El reactor montado en el laboratorio es de pared fría -doble pared refrigerada con agua- con objeto de mantener la pared del reactor a temperatura ambiente y evitar con ello la deposición de diamante sobre la pared interna. El calentamiento local del substrato se lleva a cabo mediante una bobina de inducción situada debajo del portasubstrato que permite conseguir temperaturas próximas a los 1000 °C. Así mismo, la muestra puede ser desplazada verticalmente para conseguir la máxima transferencia de energía de la descarga a la mezcla gaseosa.
Actualmente, se está realizando el montaje y puesta a punto de una variante de este equipo, en el cual se añade un campo magnético en el interior del reactor de MWCVD. La intensidad del campo está calculada para que los electrones de la descarga giren alrededor del campo magnético con una frecuencia igual a la frecuencia de la descarga. Se alcanza así la condición de resonancia en la oscilación de los electrones ("electron cyclotron resonance" o ECR) lo cual aumenta la eficiencia de la ionización y por tanto la densidad del plasma.
En este sistema, denominado CVD asistido por plasma de ECR, la presión de trabajo está en la región de 10-2 - 10-3 mTorr. Los equipos de plasma ECR permiten aislar la región de la descarga de los substratos evitando con ello el daño por radiación. Al mismo tiempo es posible polarizar los substratos mediante un potencial negativo con objeto de atraer los iones positivos de la descarga y aumentar la energía de llegada de los átomos depositados. Otra de las ventajas de esta técnica es la posibilidad de obtener depósitos de capas a temperaturas bajas, próximas a la ambiente, manteniendo un control independiente de los parámetros de la descarga (potencia, corriente de la bobina magnética, etc.) y de las condiciones de trabajo en la cámara del proceso (flujo de gases, presión, etc.). Un esquema del reactor de ECR viene dado en la figura.