化学气相沉积CVD课件.ppt

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1、上海交通大学化学气相沉积（CVD）★化学气相沉积的基本原理★化学气相沉积的特点★CVD方法简介★低压化学气相沉积（LPCVD）★等离子体化学气相沉积★其他CVD方法概念化学气相沉积（CVD）是一种化学气相生长法。把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片，利用加热、等离子体、紫外光以及激光等能源，借助气相作用或在基板表面的化学反应（热分解或化学合成）生长形成固态的薄膜。CVD法可制备薄膜、粉末、纤维等材料，用于很多领域，如半导体工业、电子器件、光子及光电子工业等。CVD法实际上很早就有应用，

2、用于材料精制、装饰涂层、耐氧化涂层、耐腐蚀涂层等。CVD法一开始用于硅、锗精制上，随后用于适合外延生长法制作的材料上。表面保护膜一开始只限于氧化膜、氮化膜等，之后添加了由Ⅲ、Ⅴ族元素构成的新的氧化膜，最近还开发了金属膜、硅化物膜等。以上这些薄膜的CVD制备法为人们所注意。CVD法制备的多晶硅膜在器件上得到广泛应用，这是CVD法最有效的应用场所。CVD法发展历程1880s，第一次应用于白炽灯，提高灯丝强度；同时诞生许多专利接下来50年，发展较慢，主要用于高纯难熔金属的制备，如Ta、Ti、Zr等二战末期，发

3、展迅速1960年，用于半导体工业1963年，等离子体CVD用于电子工业1968年，CVD碳化物涂层用于工业应用1980s,CVD法制备DLC膜1990s，金属-有机CVD快速发展CVD可以制备单晶、多相或非晶态无机薄膜，以及金刚石薄膜、高Tc超导薄膜、透明导电薄膜以及某些敏感功能薄膜。CVD技术分类:按淀积温度：低温（200～500℃）、中温（500～1000℃）和高温（1000～1300℃）按反应器内的压力：常压和低压按反应器壁的温度：热壁和冷壁按反应激活方式：热激活和冷激活CVD装置的主要部分：反应

4、气体输入部分、反应激活能源供应部分和气体排出部分。化学气相沉积——基本原理★化学气相沉积的基本原理化学气相沉积的基本原理是以化学反应为基础化学气相沉积是利用气态物质通过化学反应在基片表面形成固态薄膜的一种成膜技术。化学气相沉积（CVD）——ChemicalVaporDepositionCVD反应是指反应物为气体而生成物之一为固体的化学反应。CVD完全不同于物理气相沉积（PVD）CVD和PVD化学气相沉积——基本原理化学气相沉积——基本原理最常见的几种CVD反应类型有：热分解反应、化学合成、化学输运反应等

5、。热分解反应（吸热反应，单一气源）通式：主要问题是源物质的选择（固相产物与薄膜材料相同）和确定分解温度。该方法在简单的单温区炉中，在真空或惰性气体保护下加热基体至所需温度后，导入反应物气体使之发生热分解，最后在基体上沉积出固体涂层。化学气相沉积——基本原理（1）氢化物H-H键能小，热分解温度低，产物无腐蚀性。（2）金属有机化合物M-C键能小于C-C键，广泛用于沉积金属和氧化物薄膜。金属有机化合物的分解温度非常低，扩大了基片选择范围以及避免了基片变形问题。三异丙氧基铝化学气相沉积——基本原理（3）氢化物和

6、金属有机化合物系统广泛用于制备化合物半导体薄膜。（4）其它气态络合物、复合物（贵金属、过渡金属沉积）羰基化合物：单氨络合物：化学气相沉积——基本原理化学合成反应（两种或两种以上气源）化学合成反应是指两种或两种以上的气态反应物在热基片上发生的相互反应。(1)最常用的是氢气还原卤化物来制备各种金属或半导体薄膜；(2)选用合适的氢化物、卤化物或金属有机化合物来制备各种介质薄膜。化学合成反应法比热分解法的应用范围更加广泛。可以制备单晶、多晶和非晶薄膜。容易进行掺杂。化学气相沉积——基本原理①还原或置换反应②氧化

7、或氮化反应③水解反应原则上可制备任一种无机薄膜。化学气相沉积——基本原理化学输运反应将薄膜物质作为源物质（无挥发性物质），借助适当的气体介质（输运剂）与之反应而形成气态化合物，这种气态化合物经过化学迁移或物理输运到与源区温度不同的沉积区，在基片上再通过逆反应使源物质重新分解出来，这种反应过程称为化学输运反应。源区沉积区源区沉积区源区沉积区化学气相沉积——基本原理化学输运反应条件：不能太大；平衡常数KP接近于1。化学输运反应判据：设源为A（固态），输运剂为XB(气体化合物，输运反应通式为：源区沉积区化学气

8、相沉积——基本原理根据热力学分析可以指导选择化学反应系统，估计输运温度。首先根据选择的反应体系，确定与温度的关系，选择的反应体系。如果条件满足，说明所选反应体系是合适的。大于0的温度T1（源区温度）；小于0的温度T2（沉积区温度）。根据以上分析，确定合适的温度梯度，可得有效输运。化学气相沉积——基本原理CVD法的共同特点：1、反应式总可写成2、这些反应是可逆的，对过程作必要的热力学分析有助于了解CVD反应的过程。CVD的化学反应热力学CVD