化学气相沉积法ppt课件

应用：在制备半导体、氧化物、氮化物、碳化物 纳米薄膜材料中得到广泛应用。
反应温度：大约为900～2000℃，它取决于沉积 物的特性。
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中温CVD(MTCVD)：典型反应温度大约为 500～800℃，它通常是通过金属有机化 合物在较低温度的分解来实现的，所以又 称金属有机化合物CVD(MOCVD)。
①常压CVD法； ②低压CVD法； ③热CVD法； ④等离子CVD法； ⑤间隙CVD法； ⑥激光CVD法； ⑦超声CVD法等。
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(C)CVD的流程与装置
基本组成：原料气体和载气的供给源气体的混合 系统、反应炉、废气系统及气体、反应炉的控 制系统。
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高压气体：以高纯度的为好，一般大多使用载气， 因为都要通过气体精制装置进行纯化。特别是 必须十分注意除去对薄膜性质影响极大的水和 氢。
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CVD反应体系应满足的条件：
(a)在沉积温度下反应物应保证足够的压力，以 适当的速度引入反应室。
(b)除需要的沉积物外，其他反应产物应是挥发 性的。
(c)沉积薄膜本身必须具有足够的蒸汽压，保证 沉积反应过程始终在受热的基片上进行，而基 片的蒸汽压必须足够低。
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(B)CVD的特点
CVD法析出的化合物形状的决定因素：反应温度、 有助于反应的不同化学物质的过饱和度、在反 应温度时的成核速率等。
为了得到优质的薄膜，必须防止在气相中由气相-
气相反应生成均相核，即应首先设定在基片表
面促进成核的条件。 精选ppt
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(B)CVD的种类 分类标准：发生化学反应的参数和方法
2、化学气相沉积法(CVD) 3、溶胶凝胶法
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定义：利用气相反应，在高温、等离子或激光辅 助等条件下控制反应气压、气流速率、基片材 料温度等因素，从而控制纳米微粒薄膜的成核 生长过程；或者通过薄膜后处理，控制非晶薄 膜的晶化过程，从而获得纳米结构的薄膜材料。
分类：常压、低压、等离子体辅助气相沉积等。
①温度：中温或高温；反应物状态：气态；反 应：气相化学反应；产物：固体。 ②压力：大气压(常压)或者低于大气压下(低压) 进行沉积。一般来说低压效果要好些。 ③等离子和激光辅助技术：可以显著地促进化 学反应，使沉积可在较低的温度下进行。 ④沉积层的化学成分可以改变，容易获得功能 梯度膜或者得到混合膜。 ⑤沉积层的密度和纯度可控。
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应用： 半导体外延沉积；
沉积金属镀层（因为某些金属卤化物在高温下 是稳定的，而用常规CVD难以实现其沉积）
沉积氧化物、氮化物、碳化物和硅化物膜层。
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(B)等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)
定义：用等离子体技术使反应气体进行化学反 应，在基底上生成固体薄膜的方法称等离子体 化学气相沉积，它是在原来已成熟的薄膜技术 中应用了等离子体技术而发展起来的。
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①原料气体向基片表面扩散；
②原料气体吸附到基片；
③吸附在基片上的化学物质的表面反应；
④析出颗粒在表面的扩散；
⑤产物从气相分离；
⑥从产物析出区向块状固体的扩散。
CVD的化学反应必须发生在基体来自料和气相间的扩散 层中。原因:(a)在气相中发生气相-气相反应，然后生成粉末， 该粉末出现在反应系统之外。
等离子体增强CVD（PECVD）与激光 CVD(LCVD)：气相化学反应由于等离子 体的产生或激光的辐照得以激活，也可以 把反应温度降低。
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（1）CVD的化学反应和特点
(A)化学反应 CVD是通过一个或多个化学反应得以实现的。
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④水解反应
2AlCl3(g) +3H2O→Al2O3(s)+6HCl(g) ⑤复合反应。 包含了上述一种或几种基本反应。 例：在沉积难熔的碳化物或氮化物时，就包括热 分解和还原反应
(A)CVD的原理
CVD的机理是复杂的，那是由于反应气体中不同 化学物质之间的化学反应和向基片的析出是同 时发生的缘故。
基本过程：通过赋予原料气体以不同的能量使其 产生各种化学反应，在基片上析出非挥发性的 反应产物。
图3.14表示从TiCl4+CH4+H2的混合气体析出 TiC过程的模式图。如图所示，在CVD中的析出 过程可以理解如下：
原料要求：当室温下使用固态或液态原料时，需 使其在所规定的温度下蒸发或升华，并通过载 气送入反应炉内。还必须使废气通过放有吸收 剂的水浴瓶、收集器或特殊的处理装置后进行 排放。并且在装置和房间里不能忘记安装防爆 装置和有毒气体的检测器。
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（3）CVD的新技术
(A)金属有机化合物气相沉积(MOCVD)
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⑥绕镀性好：可在复杂形状的基体上及颗粒材 料上沉积。
⑦气流条件：层流，在基体表面形成厚的边界 层。
⑧沉积层结构：柱状晶，不耐弯曲。通过各种 技术对化学反应进行气相扰动，可以得到细晶 粒的等轴沉积层。
⑨应用广泛:可以形成多种金属、合金、陶瓷和 化合物沉积层
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（2）CVD的方法
发展：近二三十年来，PECVD进展非常快。在 半导体工业中，这种技术已成为大规模集成电 路干式工艺中的重要环节。
分类：PECVD薄膜反应室主要有平板电容型和 无极射频感应线圈式两种。
平板型:直流、射频、微波电源。
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PECVD薄膜性质的决定因素：沉积方式和沉积工 艺参数。
工艺参数：电源功率、反应室几何形状与尺寸、 负偏压、离子能量、基材温度、真空泵抽气速 率、反应室气体压力以及工作气体的比例等。
MOCVD是常规CVD技术的发展，它用容易分 解的金属有机化合物作初始反应物，因此沉积 温度较低。
优点：可以在热敏感的基体上进行沉积；
缺点：沉积速率低，晶体缺陷密度高，膜中杂质 多。
原料输送要求：把欲沉积膜层的一种或几种组分 以金属烷基化合物的形式输送到反应区，其他 的组分可以氢化物的形式输送。
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(b)从气相析出固相的驱动力(driving force)是根据基
体材料和气相间的扩散层内存在的温差和不同化学物
质的浓度差，由化学平衡所精选决ppt 定的过饱和度。
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过饱和度(β)定义为
β=(pA)g/(pA)s
式中，(pA)g是气体热力学平衡求出A的分压； (pA)s是在AB固体化合物的析出温度时的平衡蒸 气压。