气相沉积技术

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1、气相沉积技术气相沉积技术是一种发展迅速，应用广泛的表面成膜技术，它不仅可以用来制备各种特殊力学性能(如超硬、高耐蚀、耐热和抗氧化等)的薄膜涂层，而且还可用来制备各种功能薄膜材料和装饰薄膜涂层等。薄膜技术和薄膜材料与光刻腐蚀、离子刻蚀、反应离子刻蚀、离子注入和离子束混合改性等在内的微细加工技术一起，成为微电子工业乃至信息工业的基础工艺。气相沉积分为物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，以下简称PVD)和化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，简称CVD)。物理气相沉积包括蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀膜；化学气相沉积包括普通CVD、等离子增强CV

2、D、光化学反应CVD、金属有机物CVD等。气相沉积技术气相沉积技术不仅可以沉积金属膜、合金膜，还可以沉积各种各样的化合物、非金属、半导体、陶瓷、塑料膜等。这些薄膜及其制备技术除大量用于电子器件和大规模集成电路制作之外，还可用于制取磁性膜及磁记录介质、绝缘膜、电介质膜、压电膜、光学膜、光导膜、超导膜、传感器膜和耐磨、耐蚀、自润滑膜、装饰膜以及各种特殊需要的功能膜等。物理气相沉积(PVD)在真空条件下，以各种物理方法产生的原子或分子沉积在基材上，形成薄膜或涂层的过程称为物理气相沉积(PVD)。按照沉积时物理机制的差别，物理气相沉积可分为真空蒸发镀膜技术(VaporEvaporation)、

3、真空溅射镀膜(VaporSputtering)、离子镀膜(IonPlating)和分子束外延(MolecularBeamEpitaxy，筒称MBE)等。真空蒸发镀膜把待镀膜的基体置于高真空室内，通过加热使蒸发材料汽化，以原子、分子或原子团离开熔体表面，凝聚在具有一定温度的基片表面，并冷凝成薄膜的过程称为真空蒸发镀膜，简称蒸镀。蒸发材料可以是金属、合金和化合物。在高真空环境中蒸发，可以防止膜的氧化和污染，得到洁净、致密、符合预定要求的薄膜。蒸镀相对于后来发展起来的溅射镀膜、离子镀膜技术，设备简单可靠，价格便宜，工艺容易掌握，可进行大规模生产，因此该工艺在光学、微电子学、磁学、装饰、防腐蚀

4、等多方面得到广泛的应用。真空蒸镀设备主要由真空镀膜室和抽真空系统两大部分组成。膜材放在与蒸发电极相连的蒸发源上，基片或工件放在基片架上。真空镀膜室是用不锈钢或玻璃制成的钟罩，室内装有蒸发电极、基片架、轰击电极、测温和烘烤电极、挡板转动装置、膜厚监控测量头和一些辅助装置等。真空蒸发镀膜真空抽气系统主要由扩散泵、机械泵、高真空阀、低真空阀、充气阀及挡油板等组成。机械泵与低真空电磁阀互锁，防止机械泵返油。高真空阀与电磁充气阀互锁，防止因高真空阀未关而充入大气时处于高温状态的扩散泵油氧化。扩散泵断水有报警信号，测量真空度用复合真空计。真空抽气机组可使镀膜室内的压强达到10-3～10-6Pa范围

5、，以防镀膜室内高温物体的燃烧和膜的氧化等。真空蒸发镀膜蒸发镀膜的基本过程如下：关闭充气阀和高真空阀等阀门，通过机械泵对钟罩进行预抽气；当压强达到1～10Pa后，关闭低真空阀，打开高真空阀，通过扩散泵和机械泵串联对钟罩进行抽气；一旦钟罩内的压强达到所需要的数值后，便可以对蒸发源加热进行蒸镀；蒸镀完毕后，关闭高真空阀，通过充气阀向钟罩内放气；然后打开钟罩，取出蒸镀好的基片或工件。重新装入膜料，更换待镀基片或工件，放下钟罩，可以重复以上步骤，再次进行蒸镀。真空蒸发镀膜实际的蒸镀过程包括如下步骤：基材表面清洁；蒸发源加热镀膜材料；镀膜材料蒸发(或升华)；真空室内形成饱和蒸气；蒸气在基材表面凝聚

6、、沉积成膜。成膜机理真空蒸镀时，薄膜形成机理有三种基本类型：核生长型、单层生长型混合生长型核生长型蒸发原子是在基片表面上形核并生长、合并成膜的过程，大多数膜沉积属于这种类型。沉积开始时，晶核在平行衬底(或基材)表面的两维尺寸大于垂直方向尺寸。继续沉积时，晶核密度不明显增大，沉积原子通过表面扩散与已有晶核结合并长大。单层生长型沉积原子在基片表面上均匀覆盖，以单原子层的形式逐次形成，在PbSe／PbS、Au／Pd、Fe／Cu等系统中可以见到。混合生长型在最初的一两个单原子层沉积之后，再以形核与长大的方式进行，一般在清洁的金属表面上沉积金属时容易产生，例如，Cd／W、Cd／Ge等就属于这种生

7、长模式。成膜机理薄膜到底以哪种形式生长，是由薄膜物质的凝聚力与薄膜-基片间吸附力的相对大小、基片温度等因素决定的，但详细机理目前还没有完全搞清楚。核生长型薄膜的形成过程从蒸发源射出的蒸气流和基片碰撞，一部分被反射，一部分被吸附；吸附原子在基片表面上发生表面扩散，沉积原子之间产生二维碰撞，形成簇团(cluster)，部分吸附原子在表面停留一段时间，会发生再蒸发；核生长型薄膜的形成过程原子簇团和表面扩散原子相互碰撞，或吸附单原子，或放出单原子，这种