Chemical Vapor Deposition CVD – технология получения компонентов полупроводниковых устройств с помощью газообразных химических веществ. О ней мы и поговорим в сегодняшнем материале. 

Метод

Химическое осаждение из газовой фазы, часто для краткости называемое CVD, это получение твёрдых веществ с помощью химических реакций, в которых участвуют газообразные реагенты. Метод широко применяется в промышленности. Некоторые области применения:

• нанесение функциональных слоёв проводников, полупроводников и диэлектриков при производстве электронных приборов и схем;  

• нанесение защитных и декоративных покрытий на детали машин и аппаратов, на инструменты;  

• изготовление деталей и изделий из тугоплавких веществ, например сопел из графита или W для ракетных двигателей;   

• выращивание заготовок для кварцевых оптических волокон;   

• производство ядерного топлива;   

• выращивание объёмных монокристаллов и «усов» для композиционных материалов; 

• производство высокопористых ультрадисперсных порошков (например, компонентов керамики, наполнителей, адсорбентов).

Разумеется, для каждого применения разрабатывается отдельный набор основного и вспомогательного оборудования, готовятся химические реагенты особой чистоты (предельно высокой для микроэлектроники, оптических волокон, ядерного топлива). Про особо чистые реагенты для полупроводниковой промышленности мы уже писали на Хабре, например, здесь и тут.

На практике сложились 4 разновидности метода:

1. Химическое осаждение из газовой фазы при атмосферном давлении (AP CVD);

2. Плазмохимическое осаждение из плотной плазмы (DP CVD);

3. Химическое осаждение из газовой фазы под низким давлением (LP CVD);

4. Химическое осаждение металл-органика из газовой фазы (MO CVD).

Что касается оборудования для химического осаждения из газовой фазы для полупроводников, то мировой рынок сегментирован на производителей по узким направлениям, например оборудование для интегральных схем (IDM), оборудование производителей памяти. 

Производители интегральных схем (IDM) доминируют на рынке, они включают в себя изготовителей логических устройств, датчиков, оптоэлектроники и дискретных компонентов (за исключением производителей памяти). Производители интегральных схем (IDM) создают и продают интегральные схемы (ИС). При этом, в то время как другие производители отказываются от плоских архитектур в пользу сложных трехмерных структур для логики и памяти, IDM стремятся к масштабированию узлов от 10 нм до 5 нм и даже 3 нм. 

Второй по величине сектор — производители микросхем памяти. С взрывоподобным ростом потребления информации/баз данных, спрос на микросхемы памяти увеличивается. Различные производители расширяют свой бизнес в сфере памяти из-за растущего спроса со стороны производителей бытовой электроники и центров обработки данных. В качестве примера укажем на массовое производство оперативной памяти LPDDR5 объемом 16 ГБ компанией Samsung, изготовленный по 10-нанометровому техпроцессу (1z), отличающееся применением плазмохимического осаждения из газовой фазы.

В маркетинговом исследовании Semiconductor Chemical Vapor Deposition (CVD), Forecasts, 2024-2032 ожидается рост рынка оборудования для полупроводникового производства с 14,34 до 30,13 млрд долларов с 2023 по 2032 г. с темпом CAGR 8,6% за рассматриваемый период 2024-32. Главными игроками являются Aixtron Se. Applied Materials, Inc., Asm International, CVD Equipment Corporation, Oxford Instruments Plc, Ulvac Inc, Veeco Instruments Inc.

В данной статье нас интересует только патентный аспект.

Патентный аспект

На портале Google.Patents поиск по запросу Chemical Vapor Deposition показывает более 100 000 документов. По международной патентной классификации лидируют
полупроводниковые приборы H01L с 55,4%

Специальный поиск по запросу Chemical Vapor Deposition H01L Google.Patents выдал в мае 2025 года 56216 документов. Динамика по годам представлена на рис. 

Рисунок 1: Динамика мирового патентования изобретений на тему «Chemical Vapor Deposition H01L»

Источник: интерпретация автора данных Google.Patents 28.04.2025

Видно, что последние 20 лет темпы патентования изобретений носят экспоненциально растущий характер. Лидерами патентования по совокупности количества патентов являются:

1. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. — 13,9%;

2. International Business Machines Corporation — 4,4%;

3. Micron Technology, Inc. — 2,9%;

4. Applied Materials, Inc. — 2,4%;

5. Nanya Technology Corporation — 2,1%;

6. Sandisk Technologies Llc — 2,1%;

7. Samsung Electronics Co., Ltd. — 1%.

Как видно, в полупроводниках лидирует знаменитая тайваньская компания. За ней идут не менее известные бренды, чьи имена у всех на слуху и комментариев не требуют. Примеры патентов:

• US11666950B2 Method of forming process film;

• US20220052260A1 Rram device with improved performance.

А что в России? 

В базе ФИПС в рефератах на изобретения РФ по запросу химическое осаждение из газовой фазы 163 патента на изобретения, но по нашему коду H01L только 29 ед., из которых 11 ед. действующие. Приведем примеры:

№2481675 (2013) Конструкция и технология изготовления интегрального микромеханического реле с подвижным электродом в виде структуры с пьезоэлектрическим слоем. ОАО «НИИ молекулярной электроники и завод «Микрон» (Зеленоград). Применяют осаждение слоя ФСС (фосфатно-силикатного стекла) методом химического осаждения из газовой фазы.

№2489532 (2013) Способ получения пластины комбинированного поликристаллического и монокристаллического алмаза. Научно-Производственное Предприятие «Исток» и Институт прикладной физики РАН (Н. Новгород). В результате химического осаждения из газовой фазы алмаза происходит сращивание монокристаллического и поликристаллического алмаза по боковой поверхности монокристаллов-затравок с образованием алмазной пластины большой площади, содержащей срощенные вместе монокристаллический и поликристаллический алмаз. 

№2526298 (2014) Кремниевый тонкопленочный солнечный элемент, обладающий усовершенствованной дымчатостью, и способы его изготовления. ППГ ИНДАСТРИЗ ОГАЙО, ИНК (США). Технический результат: обеспечение возможности создания солнечного элемента, обладающего усовершенствованными характеристиками светорассеяния.

№2756815 (2021) Способ производства подложки на основе карбида кремния и подложка карбида кремния. СИН-ЭЦУ КЕМИКАЛ КО., ЛТД. (JP), КУСИК ИНК. (JP). Способ состоит из этапов предоставления покрывающих слоев 1b, каждый из которых содержит оксид кремния, нитрид кремния, карбонитрид кремния или силицид металла, выбранного из группы, состоящей из никеля, кобальта, молибдена и вольфрама, или покрывающих слоев, каждый из которых изготовлен из фосфоросиликатного стекла (PSG) или борофосфоросиликатного стекла (BPSG).

№2764040  (2022) Выращивание эпитаксиального 3C-SiC на монокристаллическом кремнии. ДЗЕ ЮНИВЕРСИТИ ОФ УОРИК (Великобритания). Прекурсор кремния содержит силан или хлор силан, а прекурсор углерода содержит метил-силан.

№2816671 (2024) Способ изготовления алмазного диода Шоттки. ООО «Индустриальные Углеродные Технологии» (Троицк). Способ включает подготовку полированием подложки из синтетического монокристалла алмаза, легированного бором, а затем химическое осаждение из газовой фазы алмазной пленки с низкой степенью легирования бором.

Видно, что действующие патенты РФ на изобретения относятся к 2013-2024 годам с пиком в 2024-ом. Это соответствует общемировой тенденции роста изобретательства в области технологий химического осаждения из газовой фазы для полупроводниковой промышленности. Примечательно, что часть патентов принадлежат зарубежным компаниям, которые таким образом защищали свою интеллектуальную собственность в России. Остается открытым вопрос, будут ли они оплачивать пошлины для поддержания охранных документов в силе.  

В базе ФИПС в рефератах по запросу химическое осаждение из газовой фазы по коду H01L патентов на полезные модели нет. Баз данных также нет.

НИОКТР

Патенты на изобретения и полезные модели в области сложных технологий готовятся в ходе плановых  научно-исследовательских, конструкторских и теоретических работ. Открытая информация включает отчёты по грантам, диссертации, научные статьи, доклады на конференциях, объявления о тендерах.

На портале «Наука и инновации» по химическое осаждение из газовой фазы учтено 553 документа, но по полупроводникам – 17, по электронике 7. Например, в 2023-2024 гг. в Институте Общей Физики РАН выполнена НИР «Синтез алмазных плёнок в СВЧ-плазме: влияние состава газовой смеси на вторичное зародышеобразование». Данный метод позволяет получать эффективные теплоотводящие слои для изделий электроники. В рамках проекта на подложках кремния в СВЧ плазме синтезирован ряд поликристаллических алмазных плёнок толщиной от 200 нм до 20 мкм. Получены данные о влиянии условий синтеза, в том числе температуры осаждения и состава газовой смеси, на структуру и фазовый состав полученных плёнок.

НИР «Применение метода атомно-слоевого осаждения для получения полупроводниковых 2D-MoS₂- и WS₂-слоев на больших площадях» выполнена в 2023 г. в МФТИ. Разработан MOCVD-процесс прямого высокотемпературного синтеза двухмерных слоев MoS₂ методом химического осаждения из газовой фазы с использованием реагентов Mo(CO)₆, H₂S, H₂. 

Фундаментальные аспекты формирования сверхстабильных тонких органических плёнок исследует поэтапно в 2023-2026 гг. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет. Феномен образования сверхстабильных тонких аморфных плёнок при осаждении на холодную подложку из газовой фазы был открыт ещё в 2007 году. Уникальные физико-химические свойства этих плёнок, в том числе повышенный (до 5 раз) срок годности в изотермическом режиме позволяют рассматривать сверхстабильные тонкие аморфные плёнки как наиболее перспективную форму органических полупроводников в оптоэлектронных устройствах. 

Эти и другие свежие НИОКТР буквально беременны изобретениями, так что мы можем ожидать публикацию новых патентов РФ.

Заключение

Технология химического осаждения из газовой фазы с 1970-х годов нашла широкое применение в микроэлектронике. В последние годы получили развитие «продвинутые» разновидности метода, например с использованием плотной плазмы и металлоорганических соединений. 

Патентная ситуация в РФ с технологиями химического осаждения для полупроводников относительно удовлетворительная. Отрадно, что патенты поддерживают реальные, ведущие в нашей стране производители, например НИИ молекулярной электроники и завод «Микрон» (Зеленоград), Научно-Производственное Предприятие «Исток им. Шокина» (Фрязино), Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных системы (Москва), АО «Элма-Малахит» (Зеленоград).

Заметна активность патентообладателей из США, Японии, Великобритании.