化学气相沉积资料.

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化学气相沉积CVD资料

化学气相沉积——基本原理
（1）氢化物
700-1000℃ SiH4 Si + 2H2
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
420℃ 2Al(OC3H7 )3 Al2O3 + 6C3H6 + 3H2O
三异丙氧基铝
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
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。
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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
SEIEE
CVD装置的主要部分：反应气体输入部分、反应激活能源供应部分和气体排出部分。
SEIEE
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——基本原理
①还原或置换反应
1000 ℃ SiCl 2 H Si 4HCl 4 2
②氧化或氮化反应
℃ SiH4 B2 H6 5O2 400 B2O3 SiO2 5H 2O
③水解反应
2AlCl3 3H 2O Al 2O3 6HCl
热分解反应（吸热反应，单一气源）
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

积速率的影响将变得迟
缓且不明显。
4.2 化学气相沉积原理
CVD反应的进行涉及到能量、动量及质量的传递。反应气体是借着扩散效应来通过主气流与基片之间的边界层，以便将反学气相沉积合成方法发展
20世纪50年代主要用于道具
涂层
古人类在取暖或烧烤时在岩洞壁或岩石上
的黑色碳层
近年来PECVD 、LCVD等高
速发展
20世纪60-70 年代用于集成
电路
80年代低压 CVD成膜技术成为研究热潮
2
4.2 化学气相沉积原理
一、基本概念
化学气相沉积（CVD）：
14
4.2 化学气相沉积原理
二、化学气相沉积法原理
2、CVD技术的热动力学原理
CVD反应结构分解：
不同物质状态的边界层对CVD沉积至关重要。所谓边界层，就是流体及物体表面因流速、浓度、温度差距所形成的中间过渡范围。 (a)反应物已扩散通过界面边界层； (b)反应物吸附在基片的表面； (c)化学沉积反应发生； (d) 部分生成物已扩散通过界面边界层； (e)生成物与反应物进入主气流里，并离开系统。
流速与流向均平顺者称为 “层流”；
流动过程中产生扰动等不均匀现象的流动形式，则称为
其中，d为流体流经的管径，ρ为流体的密度，
“湍流”。
ν为流体的流速，μ则为流体的粘度
两种常见的流体流动方式
20
4.2 化学气相沉积原理
假设流体在晶座及基片表面的流速为零，则流体及基片（或晶座）表面将有一个流速梯度存在，这个区域便是边界层。
其中：hc为“对流热传系数”
19
4.2 化学气相沉积原理
二、化学气相沉积法原理 2、CVD技术的热动力学原理

化学气相沉积

集成电路芯片工艺化学气相沉积（CVD）化学汽相淀积(CVD)化学汽相淀积是指通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程。

CVD膜的结构可以是单晶、多晶或非晶态，淀积单晶硅薄膜的CVD过程通常被称为外延。

CVD技术具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点。

利用CVD方这几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的SiO：、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等。

一：化学气相沉积方法常用的CVD方法主要有三种：常压化学汽相淀积(APCVD)、低压化学汽相淀积(LPCVIi~)和等离子增强化学汽相淀积(PECVD)．APCVD反应器的结构与氧化炉类似，如图1-1所示，该系统中的压强约为一个大气压，因此被称为常压CVD。

气相外延单晶硅所采用的方法就是APCVD。

图1-1APCVD反应器的结构示意图，LPCVD反应器的结构如图1-2所示，石英管采用三温区管状炉加热，气体由一端引入，另一端抽出，半导体晶片垂直插在石英舟上。

由于石英管壁靠近炉管，温度很高，因此也称它为热壁CVD装置，这与利用射频加热的冷壁反应器如卧式外延炉不同．这种反应器的最大特点就是薄膜厚度的均匀性非常好、装片量大，一炉可以加工几百片，但淀积速度较慢．它与APCVD的最大区别是压强由原来的1X10SPa降低到1X102Pa左右。

图1-2LPCVD反应器的结构示意图图1-3平行板型PECVD反应器的结构示意图PECVD是一种能量增强的CVD方法，这是因为在通常CVD系统中热能的基础上又增加了等离子体的能量．图1-3给出了平行板型等离子体增强CVD反应器，反应室由两块平行的金属电极板组成，射频电压施加在上电极上，下电极接地。

射频电压使平板电极之间的气体发生等离子放电。

工作气体由位于下电极附近的进气口进入，并流过放电区。

半导体片放在下电极上，并被加热到100—400；C左右．这种反应器的最大优点是淀积温度低。

化学气相沉积法

时间与速率
要点一
总结词
时间和沉积速率在化学气相沉积过程中具有重要影响，它们决定了薄膜的厚度和均匀性。
要点二
详细描述
时间和沉积速率决定了化学气相沉积过程中气体分子在反应器中的停留时间和沉积时间。较长的停留时间和较慢的沉积速率有利于气体分子充分反应和形成高质量的薄膜。然而，过长的停留时间和过慢的沉积速率可能导致副反应或降低沉积速率。因此，选择合适的时间和沉积速率是实现均匀、高质量薄膜的关键。
05
化学气相沉积法优缺点
优点
适用性广
涂层性能优良
化学气相沉积法适用于各种材料表面改性和涂层制备，如金属、陶瓷、玻璃等。
通过控制化学气相沉积的条件，可以制备出具有高硬度、高耐磨性、高抗氧化性的涂层。
环保
高效
化学气相沉积法使用的原料在高温下分解，不会对环境造成污染。
化学气相沉积法具有较高的沉积速率，可实现快速涂层制备。
应用领域
半导体产业
用于制造集成电路、微电子器件和光电子器件
等。
陶瓷工业
制备高性能陶瓷材料，如氧化铝、氮化硅等。
金属表面处理
在金属表面形成耐磨、防腐、装饰等功能的涂
层。
其他领域
在航空航天、能源、环保等领域也有广泛应用
。
02
化学气相沉积法分类
热化学气相沉积法
原理
在较高的温度下，使气态的化学反应剂与固态表面接触，通过气相反应生成固态沉积物。
缺点
高温要求
化学气相沉积法需要在高温下进行，这可能会对基材产生热损伤或变形。
操作难度大
化学气相沉积法需要精确控制反应条件，操作难度较大。
ABCD
设备成本高

第四章化学气相沉积

设在生长中的薄膜表面形成了界面层，其厚度为，cg和cs分别为反应物的原始浓度和其在衬底表面的浓度，则
扩散至衬底表面的反应物的通量为：衬底表面消耗的反应物通量与Cs成正比
平衡时两个通量相等，得
F1 hg (Cg Cs )
F2 ksCs
F1 F2
Cs
Cg 1 ks
hg
hg为气相质量输运系数，Ks为表面化学反应速率常数
4. 氧化反应利用氧气作为氧化剂促进反应：
SiH4(g) + O2 = SiO2(s) + H2O(g) (450℃) Si(C2H5O)4 + 8O2 = SiO2 + 10H2O + 8CO2
（Si(C2H5O)4是正硅酸乙酯简称TEOS）
SiCl4 + O2 = SiO2 + 2Cl2 GeCl4 + O2 = GeO2 + 2Cl2
1) 反应物的
质量传输气体传送
2) 薄膜先驱物反应
3) 气体分子扩散
4) 先驱物的吸附
CVD 反应室
副产物
7) 副产物的解吸附作用
8) 副产物去除
排气
5) 先驱物扩散到衬底中
6) 表面反应
连续膜
衬底
第四章化学气相沉积----4.2 化学气相沉积
二、CVD动力学分析 1、CVD模型（Grove模型）
薄膜的生长过程取决于气体与衬底间界面的相互作用，可能涉及以下几个步骤：（1）反应气体从入口区域流动到衬底表面的淀积区域（2）气相反应导致膜先驱物（组成膜最初的原子或分
子）和副产物的形成（3）膜先驱物附着在衬底表面
第四章化学气相沉积----4.2 化学气相沉积

(仅供参考)化学气相沉积

Ch.5 化学气相沉积本章主要内容★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Δ前驱物气体衬底托架卧式反应器衬底立式反应器载气载气气态源液态源固态源前驱物气体包括：气体净化系统、气体测量和控制系统、反应器、尾气处理系统、抽气系统等。

前二者是冷壁反应器，沉积区采用感应加热。

适合反应物为气体的情况。

后二者的原料区和反应器是加热的，为了防止反应物冷凝。

低温下会反应的物质，在进入沉积区前应隔开。

¾立式：立式特点：气流垂直于基体，并且以基板为中心均匀分布，均匀性好。

转桶式特点：能对大量基片同时进行外延生长，均匀性好、膜层厚度一致、质地均。

封闭式（闭管沉积系统）CVD反应物和基体分别放在反应器的两端，管内抽空后，充入一定的输运气体，再将反应器置于双温区炉内，使反应管形成温度梯度。

由于温度梯度造成的负自由能变化，是传输反应的推动力，所以物料从管的一端传输到另一端并沉积下来。

理想状况下，闭管反应器中进行的反应平衡常数接近于1。

如果平衡常数太大或太小，反应中就至少有一种物质的浓度很低，从而使反应速度变慢。

由于这种的反应器壁要加热，称为热壁式。

TT 2源区T 1沉积区低压下气体的扩散系数增加，使气态反应剂与副产物的质量传输速度加快，形成沉积薄膜的反应速度增加。

扩散系数大意味着质量输运快，气体分子分布的不均匀能够在很短的时间内消除，使整个系统空间气体分子均匀分布。

所以长出了厚度均匀的膜层，生长速率也快。

有机金属CVD （MOCVD ）：指利用机金属化合物的热分解反应进行气相外延生长薄膜的CVD 技术。

垂直式MOCVD 装置示意图（GaAs 基片沉积Ga 1-x Al x As 半导体膜）制备过程：高纯H 2作为载气将原料气体稀释并充入反应室，TMGa 、TMPb 和DEZn 的发泡器分别用恒温槽冷却，基片由石墨托架支撑并由反应室外的射频线圈加热。

化学气相沉积简介

Outline
• CVD Process Overview • PECVD Process Overview • PECVD Process Recipe And Clean Recipe Overview • PECVD Equipment Overview
CVD Process Overview
CVD Process Overview
PECVD中plasma的特点：
➢ Plasma组分：包括电子、离子、未电离的中性粒子，电离度小于0.01；属于低温plasma（非平衡态的等离子体），电子温度(104K)>>粒子体温度 (300~500K)；
➢ Plasma中的碰撞（collision）过程： 1）弹性碰撞（elastic collision）：没有能量交换的碰撞，它是plasma 中最频繁发生的，但也是没有重要意义的碰撞； 2）非弹性碰撞（inelastic collision）：发生能量交换的，有新的成分产生的碰撞，其中三个比较重要： ➢ 离子化（Ionization） e-+A(atom\molecule)->A++2e➢ 激发与跃迁（excitation-relaxation） e-+A(atom\molecule)->A*+eA*->A+hv(photons) ➢ 离解（dissociation） e-+AB->A+B+e-
稳定性；缺点：设备比较复杂，需要TEOS传输系统；厚膜下容易发生discolor；
wafer整体range较大；
P1E）CVDOxPirdoec（essPOEvesrivlieawne oxide and PE TEOS oxide

气相法沉积

气相法沉积气相法沉积，即化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一种以气体化学反应形成固态材料的方法。

它以气体前驱体在高温和低压条件下分解或反应，生成所需的材料，并在基底表面上沉积出薄膜或纳米颗粒。

气相法沉积被广泛应用于各个领域，包括半导体制造、涂层技术、能源存储与转换、纳米材料合成等。

气相法沉积分为热CVD和化学CVD两种主要类型。

热CVD是一种常见的气相法沉积技术。

在热CVD过程中，前驱体气体通入反应室，通过热传导或对流传热的方式使其达到适当的温度，然后在基底表面上发生化学反应形成所需的材料薄膜。

这种沉积方式通常需要高温，可以达到几百到一千摄氏度。

热CVD通常适用于高温稳定的材料，如金属、氧化物、碳化物等。

化学CVD是一种较为复杂的气相沉积技术，它通过在低温热解气体前驱体或在化学反应中引入能量来合成材料。

化学CVD通常需要较低的温度，可以达到几十到几百摄氏度。

这种沉积方式适用于需要较低沉积温度或对材料制备条件较为严格的情况，如硅薄膜、碳纳米管等。

在气相法沉积过程中，前驱体的选择和气氛控制是非常重要的。

前驱体可以是气体、液体或固体，它需要在相应的条件下分解或反应形成所需的材料。

同时，沉积过程中的气氛也会影响沉积物的性质和结构。

常用的气氛包括惰性气体（如氮气、氩气）、还原气氛（如氢气）或氧化气氛（如氧气）。

此外，气相法沉积还需要对反应与扩散的过程进行控制，以获得期望的沉积薄膜。

反应过程包括前驱体分解或反应、生成物的扩散和在基底表面的吸附等。

这些过程的速率和平衡会受到温度、压力和反应气氛的影响。

因此，对沉积条件的精确控制是实现沉积薄膜的均匀性、纯度和结构的关键。

最后，气相法沉积还可以通过调节反应条件和利用辅助技术实现材料薄膜的控制生长。

例如，可以采用过程中的催化剂、助剂或外加电场来调节材料的成分和结构，以获得特定的性能和应用。

总之，气相法沉积是一种重要的材料制备方法，广泛应用于各个领域。

化学气相沉积CVD

围以及避免了基片变形问题。
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化学气相沉积——基本原理
（3）氢化物和金属有机化合物系统
630 675℃ Ga(CH3 )3 + AsH3 GaAs + 3CH4 475℃ Cd(CH3 )2 + H2S CdS + 2CH4
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）
原则上可制备任一种无机薄膜。
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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。
1000 ℃ SiCl 2 H Si 4HCl 4 2
H、Cl、Si三元体系
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化学气相沉积——基本原理
CVD的（化学反应）动力学
反应动力学是一个把反应热力学预言变为现实，使反应实际进行的问题；它是研究化学反应的速度和各种因素对其影响的科学。动力学的因素决定了上述过程发生的速度以及他在有限时间内可进行的程度 CVD 反应动力学分析的基本任务是：通过实验研究薄膜的生长速率，确定过程速率的控制机制，以便进一步调整工艺参数，获得高质量、厚度均匀的薄膜。
其自由能变化
ΔGr=cGc-bGb-aGa
Gi Gi0 RT ln ai
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化学气相沉积——基本原理
Gr 与反应系统的化学平衡常数K有关
G RT ln K
K Pi (生成物)iBiblioteka 1 n或m j 1 j

化学气相沉积

薄膜淀积速率
如果用N1表示形成一个单位体积薄膜所需要的原子数量(原子/cm3)，在稳态情况下，F＝Fl＝F2，薄膜淀积速率G就可表示为 ks hg Cg F G N1 ks hg N1
在多数CVD过程中，反应剂被惰性气体稀释，气体中反应剂的浓度Cg定义为 Cg YCT 其中，Y是气相中反应剂的摩尔百分比，而CT是单位体积中气体分子数，得到Grove模型的薄膜淀积速率的一般表达式 ks hg C G T Y ks hg N1
6.3、CVD多晶硅的特性和沉积方法
6.4、CVD二氧化硅的特性和沉积方法
6.5、CVD氮化硅的特性和沉积方法
6.6、金属的化学气相沉积
6.1 CVD模型
6.1.1 CVD的基本过程
化学气相沉积的主要步骤：
(1)反应剂气体(或被惰性气体稀释的反应剂) 以合理的流速被输送到反应室内，气流从入口进入反应室并以平流形式向出口流动，平流区也称为主气流区，其气体流速是不变的。 (2)反应剂从主气流区以扩散方式通过边界层到达衬底表面，边界层是主气流区与硅片表面之间气流速度受到扰动的气体薄层。
6.1.2 边界层理论
由于CVD反应室的气压很高，可以认为气体是黏滞性的，气体分子的平均自由程远小于反应室的几何尺寸。黏滞性气体流过静止的硅片表面或者反应室的侧壁时，由于摩擦力的存在，使紧贴硅片表面或者侧壁的气流速度为零，在离表面或侧壁一定距离处，气流速度平滑地过渡到最大气流速度Um，即主气流速度，在主气流区域内的气体流速是均一的。在靠近硅片表面附近就存在一个气流速度受到扰动的薄层，在垂直气流方向存在很大的速度梯度。
(ks hg ) (hg ks )
薄膜沉积速率由表面反应速率控制薄膜沉积速率由质量输运速率控制

cvd 化学气相沉积

cvd 化学气相沉积CVD（化学气相沉积）是一种重要的薄膜制备技术，广泛应用于微电子、材料科学、纳米技术等领域。

本文将介绍CVD的基本原理、应用领域以及未来发展方向。

让我们来了解CVD的基本原理。

化学气相沉积是一种在气相条件下通过化学反应生成固体薄膜的技术。

它的基本原理是在高温下，将气体或液体前体物质引入反应室中，通过化学反应形成气相中间体，然后在衬底上沉积出所需的固体薄膜。

CVD的反应过程主要包括气体输运、吸附、表面反应和膜沉积等步骤。

CVD技术具有许多优点，如制备的薄膜具有高纯度、均匀性好、可控性强等特点。

此外，CVD还可以在复杂的表面形貌上进行薄膜沉积，如纳米颗粒、多孔膜等。

因此，CVD被广泛应用于微电子行业，用于制备晶体管、集成电路、显示器件等。

同时，它也被应用于材料科学领域，用于制备超硬材料、陶瓷薄膜、光学薄膜等。

除了微电子和材料科学领域，CVD还在纳米技术领域得到了广泛应用。

纳米领域的发展对CVD技术提出了更高的要求，例如制备纳米线、纳米颗粒和纳米薄膜等。

由于CVD具有优异的可控性和均匀性，它成为了纳米材料制备的重要工具。

通过调节反应条件和前体物质的选择，可以实现对纳米材料形貌、大小和组成的精确控制。

未来，CVD技术在能源领域和生物医学领域的应用也备受关注。

在能源领域，CVD可以用于制备高效的太阳能电池、燃料电池等器件。

通过优化薄膜的能带结构和界面特性，可以提高能源转换效率。

在生物医学领域，CVD可以用于制备生物传感器、药物传递系统等。

通过在表面修饰功能性薄膜，可以实现对生物分子的高灵敏检测和精确控制。

CVD是一种重要的化学气相沉积技术，广泛应用于微电子、材料科学、纳米技术等领域。

它具有优异的可控性和均匀性，可以制备高纯度、均匀性好的薄膜。

随着纳米技术和能源领域的快速发展，CVD技术在这些领域的应用前景非常广阔。

未来，我们可以期待CVD技术在更多领域的突破和创新。

化学气相沉积

化学气相沉积的特点与应用
4.太阳能利用
利用无机材料的光电转换功能制成太阳能电池是太阳能利用的一个重要途径。现已试制成功硅、砷化镓同质结电池以及利用Ⅲ—Ⅴ族、Ⅱ一Ⅵ族等半导体制成了多种异质结太阳能电池，如 SiO2/Si， GaAs/GaAlAs等，它们几乎全制成薄膜形式。气相沉积是最主要的制备技术。
(2)采用分布式的气体入口，就是反应剂气体通过一系列气体口注入到反应室中。需要特殊设计的淀积室来限制气流交叉效应。
(3)增加反应室中的气流速度。当气流速度增加的时候，在单位时间内，靠近气体入口处的淀积速率不变，薄膜淀积所消耗的反应剂绝对数量也就没有改变，但所消耗的比例降低，更多的反应剂气体能够输运到下游，在各个硅片上所淀积的薄膜厚度也变得更均匀一些。
6.超电导技术
化学气相沉积生产的Nb3Sn超导材料是目前绕制高场强小型磁体的最优良材料。化学气相沉积法生产出来的其他金属间化合物超导材料还有V3Ga和Nb3Ga等。
化学气相沉积的特点与应用
7.保护涂层化学气相沉积在保护涂层领域中得到了广泛的应用。 CVD法可以沉积多种元素及其氮化物、氧化物、硼化物、硅化物和磷化物，在耐磨镀层中，用于金属切削刀具占主要地位。在切削应用中，镀层的重要性能包括硬度、化学稳定性、耐磨、减摩、高的热导以及热稳定性。
化学气相沉积的特点与应用
CVD的应用
利用CVD技术，可以沉积出玻璃态薄膜，也能制出纯度高、结构高度完整的结晶薄
膜，还可沉积纯金属膜、合金膜以及金属间化合物。这些新材料由于其特殊的功能已在复合材料、微电子学工艺、半导体光电技术、太阳能利用、光纤通信、超导电技术和保护涂层等许多新技术领域得到了广泛应用。
LPCVD系统的两个主要缺点是相对低的淀积速率和相对高的工作温度。增加反应剂分压来提高淀积速率则容易产生气相反应；降低淀积温度则将导致不可

化学气相沉积

SiO2 + 2H2
• （3）还原反应用氢、金属或基材作还原剂还原气态卤化物，在衬底上沉积形成纯金属膜或多晶硅魔。
• SiCl4+2Zn △ Si+2ZnCl2
• （4）水解反应卤化物与水作用制备氧化薄膜或晶须。
• SiCl4 +2H2O
SiO2+4HCl
• （5）可逆输送化学转换或输运过程的特征是在同一反应器维持在不同温度的源区和沉积区的可逆的化学反应平衡状态。
• 上述诸过程，进行速度最慢的一步限制了整体进行速度。
CVD的特点
• （1）在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而沉积固体。
• （2）可以在大气压（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）采用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。
化学气相沉积的过程
• 在反应器内进行的CVD过程，其化学反应是不均匀的，可在衬底表面或衬底表面以外的空间进行。衬底体表面的大致反应过程如下:
• ①反应气体扩散到衬底表面 • ②反应气体分子被表面吸附 • ③在表面上进行化学反应、表面移动、成核及膜生长 • ④生成物从表面解吸 • ⑤生成物在表面扩散
化学气相沉积
• 化学气相沉积（CVD)是利用加热、等离子体激励或光辐射等方法，使气态或蒸汽状态的化学物质发生反应并以原子态沉积在置于适当位置的衬底上，从而形成所需要的固态薄膜或涂层的过程。
• CVD可在常压或低压下进行。通常CVD的反应温度范围大约900～1200℃，它取决于沉积物的特性。
• 为克服传统CVD的高温工艺缺陷，近年来开发出了多种中温（800 ℃ 以下）和低温（500 ℃ ）以下CVD新技术，由此扩大了 CVD技术在表面技术领域的应用范围。

化学气相沉积CVD

1.用Hg作敏化剂的光解反应
低压Hg灯发射出 UV共振线：253.7nm和184.9nm敏化剂Hg 激发 Hg* 碰撞将能量传递给反应气体（ M+h
M*）反应物分解↓
（1）成膜反应过程
Hg吸收253.7nm波长的UV而被激活： Hg hv Hg*
Hg*通过碰撞将能量传递给反应气体N2O：
这些具有高反应活性的物质很容易被吸附到较低温度的基体表面上，于是，在较低的温度下发生非平衡的化学反应沉积生成薄膜，这就大大降低了基体的温度，提高了沉积速率。
3. PECVD装置普通CVD+高频电源（用于产生等离子体）
图8.3.4 卧式管状PECVD装置
用高频产生辉光放电等离子体的卧式反应器，用于沉积氮化硅等薄膜。
沉积过程：
① 在主气流区域，反应物从反应器入口到分解区域的质量输运；
② 气相反应产生膜形成的前驱体和副产物； ③ 成膜前驱体质量输运至生长表面； ④ 成膜前驱体吸附在生长表面； ⑤ 成膜前驱体表面扩散至生长点； ⑥ 表面反应和构成膜的生长； ⑦ 表面反应产物的副产物分解； ⑧ 副产物从分解区向反应器出口进行质量输运，直至排出。
§8.3 化学气相沉积（CVD）
化学气相沉积 —— Chemical Vapor Deposition，缩写为：CVD；
在一个加热的基片或物体表面上，通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学反应，而形成不挥发的固态膜层或材料的过程；
分为普通 CVD 、等离子体化学气相沉积（PECVD）和光CVD（PCVD）等。
3. 分类
（1）按照沉积温度的高低分类：高温CVD ＞ 5 00℃, 广泛用来沉积 Ⅲ一Ⅴ族和Ⅱ－Ⅵ族化合物半导体；

第9章化学气相沉积

第9章化学气相沉积
19
CVD方法
➢ 有机金属CVD (MOCVD)
第9章化学气相沉积
20
CVD方法
➢ 有机金属CVD (MOCVD)
优点： • 成分组分控制比较好，可以大面积沉积、均匀性好、致密； • 沉积温度较低，减少了自污染，提高了薄膜的纯度。
缺点： • 有机金属化合物蒸气有剧毒和易燃，给有机金属化合物的制备，贮存，运输和使用带来了困难； • 工作气体成本比较高； • 反映温度低，有些金属有机化合物在气相中就发生反应，生成固态微粒再沉积到衬底表面，形成薄膜中的杂质颗粒，破环了膜的完整性。
第9章化学气相沉积
21
CVD方法
➢ 有机金属CVD (MOCVD)
第9章化学气相沉积
22
CVD方法
➢ 金属CVD (CVD)
针对LSI向高密度发展，超微细孔 (连接孔或通孔)的处理要求越来越高。表化学气相沉积
23
CVD方法
➢ 金属CVD (CVD)
钨的CVD
特点：
• 单色光― 选择性化学反应，降低反应温度（SiO2，50℃），减少对膜污染，实现选择性成膜。
• 激光聚束性能好，可得到高能密度 109 W /cm2以上。
• 可以利用光束良好的空间分辨率和二维可控性实现局部修补，掺杂。
第9章化学气相沉积
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CVD方法
➢ 光CVD (photo CVD)
对本章来说，固相产物是在气固界面以薄膜的形式产生。
➢ 特点：
• 成膜的种类范围广。可制作金属，非金属及多成分合金薄膜；
• 化学反应可控性好，膜质量高；
• 成膜速度快 (与PVD相比)，能同时制作多工件的均匀镀层；

化学气相沉积

Ⅳ 激光(诱导)化学气相沉(LCVD)
LCVD是指利用激光束的光子能量激发和促进化学反应，实现薄膜沉积的化学气相沉积技术。
按激光作用机制，可分为激光热解沉积和激光光解沉积两种。热解机制：光子加热使在衬底上的气体热解发生沉积光解机制：靠光子能量直接使气体分解（单光子吸收）
要求衬底对激光吸收系数较高
• 绝缘薄膜的PCVD沉积在低温下沉积氮化硅、氧
化硅或硅的氮氧化物一类的绝缘薄膜，对于超大规模集成芯片（VLSI）的生产是至关重要的。
• 非晶和多晶硅薄膜的PCVD沉积 • 金刚石和类金刚石的PCVD沉积 • 等离子体聚合等离子体聚合技术正越来越广泛的应
用于开发具有界电特征、导电特性、感光特性、光电转换功能或储存器开关功能的等离子体聚合膜和一些重要的有机金属复合材料。
活体粒子在基体表面发生化学反应，形成膜层
反反应应沉沉积积成成膜膜
3、PCVD的特点
成膜温度低沉积速率高膜层结合力高膜层质量好能进行根据热力学规律难以发生的反应
4、PCVD与CVD装置结构相近，只是需要增加能产生等离子体的反应器。用于激发CVD反应的等离子体有：
直流等离子体
射频等离子体
化学气相沉积作为一种非常有效的材料表面改性方法,具有十分广阔的发展应用前景。随着工业生产要求的不断提高, CVD 的工艺及设备得到不断改进, 现已获得了更多新的膜层, 并大大提高了膜层的性能和质量，它
对于提高材料的使用寿命、改善材料的性
能、节省材料的用量等方面起到了重要的作用,下一步将向着沉积温度更低、有害生
此外，还有等离子体激发、光和激光激发等反应。
4、CVD装置
CVD设备
混合气体中某些成分分解后可以单独沉积在基体表面形成薄膜，或混合气体中某些成分分解后与基体

4 化学气相沉积资料

难题。
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五、化学气相沉积工艺及设备
CVD 设备的心脏，在于其用以进行反应沉积的“反应
器” 。CVD反应器的种类，依其不同的应用与设计难以
尽数。以CVD的操作压力来区分，CVD基本上可以分为常压与低压两种。若以反应器的结构来分类，则可以分
为水平式、直立式、直桶式、管状式烘盘式及连续式等。
若以反应器器壁的温度控制来评断，也可以分为热壁式（hot wall）与冷壁式（cold wall）两种。若考虑CVD
基本上 CVDSiO2 的沉积速率，将随着温度的上升而增加。但当温度超过某一个范围之后，温度对沉积速率的影响将变得迟缓且不明显
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CVD 反应的进行，涉及到能量、动量、及质量的传递。
反应气体是借着扩散效应，来通过主气流与基片之间的边界层，以便将反应气体传递到基片的表面。接着因能量传递而受热的基片，将提供反应气体足够的能量以进行化学反应，并生成固态的沉积物以及其他气态的副产物。前者便成为沉积薄膜的一部分；后者将同样利用扩散效应来通过边界层并进入主气流里。至于主气流的基片上方的分布，则主要是与气体的动量传递相关。
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MOCVD
• 在 MOCVD 过程中，金属
有机源（ MO 源）可以在热解或光解作用下，在较 MOCVD 低温度沉积出相应的各种无机材料，如金属、氧化物、氮化物、氟化物、碳化物和化合物半导体材料原子层常压低压激光等的薄膜。如今，利用外延 MOCVD MOCVD MOCVD MOCVD 技术不但可以改（ALE）变材料的表面性能，而且可以直接构成复杂的表面结构，创造出新的功能材料。 29
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切削工具方面的应用用 CVD 涂覆刀具能有效地控制在车、铣和钻孔过程中出现的磨损，在这里应用了硬质台金刀具和高速钢刀具。特别是车床用的转位刀片、铣刀、刮刀和整体钻头等。使用的涂层为高耐磨性的碳化物、氯化物、碳氯化台物、氧化物和硼化物等涂层。TiN与金属的亲和力小，抗粘附能力和抗月牙形磨损性能比TiC涂层优越，因此，刀具上广泛使用的是TiN涂

化学气相沉积常用资料

甲硅烷（SiH4）在低温下容易分解，可在基片上形成硅薄膜。二、化学气相沉积的类型
，选择相应的温度、气体组成、浓度、压力等参数 CVD制备薄膜的优点突出，既可以沉积金属薄膜，又可以制取非金属薄膜，且成膜速率快，同一炉中可放置大量基板或工件；
含有生成膜元素的化合物蒸气，反应气体等
就能得到各种性质的薄膜。这种反应是还原卤化物，用其他金属置换硅的反应。
氧化反应主要用于在基片上制备氧化物薄膜 4 CVD和PVD方法的比较
❖ 在硅表面上与硅发生如下反应，钨被硅置换，沉积在硅上，这时如有氢存在，反应也包含有氢还原：
氧化反应主要用于在基片上制备氧化物薄膜。
。氧化物薄膜有 SiO 、 Al O 、 TiO 、 Ta O 由于其具有淀积速率高、膜层针孔少、纯度高、致密、形成晶体的缺陷较少等特点，因而化学气相沉积的应用范围非常广泛。
最早采用的CVD化学反应方式是用于金属精制的氢还原、化学输送反应等。
在半导体器件制造中还未得到应用，但已用于硅的精制上。
氯化物、氢化物、有机化合物等与各种氧化 (a) 立式开管CVD装置；
这种反应在高温区被置换的物质构成卤化物或者与卤素反应生成低价卤化物。
剂反应制作薄膜。如AsCl3、PCl3、SiCl4等，用载气体（如H2、He、Ar）流过液体表面或在液体内部鼓泡，携带其饱和蒸气进入反应系统。
2 4 CVD制备薄膜的优点突出，既可以沉积金属薄膜，又可以制取非金属薄膜，且成膜速率快，同一炉中可放置大量基板或工件；
（4）由基片产生的还原反应
❖ 这种反应发生在基片表面上，反应气体被基片表面还原生成薄膜。典型的反应是钨的氟化物与硅。在硅表面上与硅发生如下反应，钨被硅置换，沉积在硅上，这时如有氢存在，反应也包含有氢还原：