化学气相沉积的方法简介(除CVD)
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LPCVD原理于APCVD基本相同，主要差别是： 低压下气体扩散系数增大，使气态反应物和副产物的 质量传输速率加快，形成薄膜的反应速率增加。
化学气相沉积——LPCVD
化学气相沉积——LPCVD
LPCVD优点 （1）低气压下气态分子的平均自由程增大，反应装置内可 以快速达到浓度均一，消除了由气相浓度梯度带来的薄膜不均 匀性。 （2）薄膜质量高：薄膜台阶覆盖良好；结构完整性好；针 孔较少。 （3）沉积速率高。沉积过程主要由表面反应速率控制，对 温度变化极为敏感，所以， LPCVD 技术主要控制温度变量。 LPCVD工艺重复性优于APCVD。
反应的 CVD 技术。它既包括了化学气相沉积技术，又有辉光放 电的增强作用。既有热化学反应，又有等离子体化学反应。广泛 应用于微电子学、光电子学、太阳能利用等领域，
按照产生辉光放电等离子方式，可以分为许多类型。 直流辉光放电等离子体化学气相沉积（DC-PCVD） 射频辉光放电等离子体化学气相沉积（RF-PCVD）
微波等离子体化学气相沉积（MW-PCVD）
电子回旋共振等离子体化学气相沉积（ ECR-PCVD）
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
等离子体在CVD中的作用：
将反应物气体分子激活成活性离子，降低反应温度；
可在半导体基板上淀积导电薄膜，绝缘介质薄膜，钴镍 合金薄膜以及氧化物高Tc超导薄膜。
化学气相沉积——习题和思考题
1. CVD热力学分析的主要目的？ 2. CVD过程自由能与反应平衡常数的过程判据？ 3. CVD热力学基本内容？反应速率及其影响因素？ 4. 热分解反应、化学合成反应及化学输运反应及其特点？ 5. CVD的必要条件？ 6. 什么是冷壁CVD？什么是热壁CVD？特点是什么？ 7. 什么是开管CVD？什么是闭管CVD？特点是什么？ 8. 什么是低压CVD和等离子CVD？
化学气相沉积——其它CVD方法
MOCVD的主要缺点：
① 许多金属有机化合物有毒、易燃，给有机金属化合物
的制备、贮存、运输和使用带来困难，必须采取严格的防 护措施； ② 由于反应温度低，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在衬底表面，形成薄膜中的 杂质颗粒，破坏了膜的完整性。
化学气相沉积——其它CVD方法
在普通 CVD 技术中，产生沉积反应所需要的能量是 各种方式加热衬底和反应气体，因此，薄膜沉积温度一般 较高（多数在900~1000℃）。
容易引起基板变形和组织上的变化， 容易降低基板材 料的机械性能；
基板材料与膜层材料在高温下会相互扩散，形成某些 脆性相，降低了两者的结合力。
如果能在反应室内形成低温等离子体（如辉光放电）， 则可以利用在等离子状态下粒子具有的较高能量，使沉积 温度降低。 这种等离子体参与的化学气相沉积称为 等离子化学
低压下形成薄膜，膜厚及成分较均匀、针孔少、膜层 致密、内应力小，不易产生裂纹； 扩大了CVD应用范围，特别是在不同基片上制备金属
薄膜、非晶态无机薄膜、有机聚合物薄膜等；
薄膜的附着力大于普通CVD。
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
PECVD的缺点：
化学反应过程十分复杂，影响薄膜质量的因素较多； 工作频率、功率、压力、基板温度、反应气体分压、
(2) 光CVD
是利用光能使气体分解，增加反应气体的化学活性，促 进气体之间化学反应的化学气相沉积技术。
(3) 电子回旋共振（ECR）等离子体沉积 在反应室内导入微波能和磁场，使得电子的回旋运动和 微波发生共振现象。电子和气体碰撞，促进放电，从而可以
在较高的真空度和较低的温度下发生反应，获得高质量的薄 膜。
加速反应物在表面的扩散作用，提高成膜速率； 对基片和薄膜具有溅射清洗作用，溅射掉结合不牢的 粒子，提高了薄膜和基片的附着力； 由于原子、分子、离子和电子相互碰撞，使形成薄膜 的厚度均匀。
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
PECVD的优点：
低温成膜（ 300-350 ℃），对基片影响小，避免了高 温带来的膜层晶粒粗大及膜层和基片间形成脆性相；
反应器的几何形状、电极空间、电极材料和抽速等相互 影响。
参数难以控制；
反应机理、反应动力学、反应过程等还不十分清楚。
化学气相沉积——其它CVD方法
★ 其它化学气相沉积方法
（1）MOCVD
是一种利用有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。
作为含有化合物半导体元素的原料化合物必须满足： 常温下稳定且容易处理 反应的副产物不应妨碍晶体生长，不应污染生长层； 室温附近应具有适当的蒸气压
化学气相沉积——LPCVD
★ 低压化学气相沉积（LPCVD）
LPCVD原理
早 期 CVD 技 术 以 开 管 系 统 为 主 ， 即 Atmosphere Pressure CVD (APCVD)。
近年来，CVD技术令人注目的新发展是低压CVD技术， 即Low Pressure CVD（LPCVD）。
化学气相沉积——其它CVD方法
满足此条件的原材料有：金属的烷基或芳基衍生物、烃基 衍生物、乙酰丙酮基化合物、羰基化合物 MOCVD的优点： ① 沉积温度低。减少了自污染，提高了薄膜纯度，有利于降低
空位密度和解决自补偿问题；对衬底取向要求低；
② 沉积过程不存在刻蚀反应，沉积速率易于控制； ③ 几乎可以生长所有化合物和合金半导体； ④ 反应装置容易设计，生长温度范围较宽，易于控制，可大批 量生产； ⑤ 可在蓝宝石、尖晶石基片上实现外延生长
（ 4 ）卧式 LPCVD 装片密度高，生产效率高，生产成本低。
化学气相沉积——LPCVD
LPCVDຫໍສະໝຸດ Baidu微电子技术中的应用
广泛用于沉积掺杂或不掺杂的氧化硅、氮化硅、多 晶硅、硅化物薄膜，Ⅲ-Ⅴ族化合物薄膜以及钨、钼、钽、 钛等难熔金属薄膜。
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
★ 等离子化学气相沉积
气相沉积。用来制备化合物薄膜、非晶薄膜、外延薄膜、
超导薄膜等，特别是IC技术中的表面钝化和多层布线。 等离子化学气相沉积： Plasma CVD
Plasma Associated CVD Plasma Enhanced CVD 这里称PECVD
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
PECVD是指利用辉光放电的物理作用来激活化学气相沉积
化学气相沉积——LPCVD
化学气相沉积——LPCVD
LPCVD优点 （1）低气压下气态分子的平均自由程增大，反应装置内可 以快速达到浓度均一，消除了由气相浓度梯度带来的薄膜不均 匀性。 （2）薄膜质量高：薄膜台阶覆盖良好；结构完整性好；针 孔较少。 （3）沉积速率高。沉积过程主要由表面反应速率控制，对 温度变化极为敏感，所以， LPCVD 技术主要控制温度变量。 LPCVD工艺重复性优于APCVD。
反应的 CVD 技术。它既包括了化学气相沉积技术，又有辉光放 电的增强作用。既有热化学反应，又有等离子体化学反应。广泛 应用于微电子学、光电子学、太阳能利用等领域，
按照产生辉光放电等离子方式，可以分为许多类型。 直流辉光放电等离子体化学气相沉积（DC-PCVD） 射频辉光放电等离子体化学气相沉积（RF-PCVD）
微波等离子体化学气相沉积（MW-PCVD）
电子回旋共振等离子体化学气相沉积（ ECR-PCVD）
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
等离子体在CVD中的作用：
将反应物气体分子激活成活性离子，降低反应温度；
可在半导体基板上淀积导电薄膜，绝缘介质薄膜，钴镍 合金薄膜以及氧化物高Tc超导薄膜。
化学气相沉积——习题和思考题
1. CVD热力学分析的主要目的？ 2. CVD过程自由能与反应平衡常数的过程判据？ 3. CVD热力学基本内容？反应速率及其影响因素？ 4. 热分解反应、化学合成反应及化学输运反应及其特点？ 5. CVD的必要条件？ 6. 什么是冷壁CVD？什么是热壁CVD？特点是什么？ 7. 什么是开管CVD？什么是闭管CVD？特点是什么？ 8. 什么是低压CVD和等离子CVD？
化学气相沉积——其它CVD方法
MOCVD的主要缺点：
① 许多金属有机化合物有毒、易燃，给有机金属化合物
的制备、贮存、运输和使用带来困难，必须采取严格的防 护措施； ② 由于反应温度低，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在衬底表面，形成薄膜中的 杂质颗粒，破坏了膜的完整性。
化学气相沉积——其它CVD方法
在普通 CVD 技术中，产生沉积反应所需要的能量是 各种方式加热衬底和反应气体，因此，薄膜沉积温度一般 较高（多数在900~1000℃）。
容易引起基板变形和组织上的变化， 容易降低基板材 料的机械性能；
基板材料与膜层材料在高温下会相互扩散，形成某些 脆性相，降低了两者的结合力。
如果能在反应室内形成低温等离子体（如辉光放电）， 则可以利用在等离子状态下粒子具有的较高能量，使沉积 温度降低。 这种等离子体参与的化学气相沉积称为 等离子化学
低压下形成薄膜，膜厚及成分较均匀、针孔少、膜层 致密、内应力小，不易产生裂纹； 扩大了CVD应用范围，特别是在不同基片上制备金属
薄膜、非晶态无机薄膜、有机聚合物薄膜等；
薄膜的附着力大于普通CVD。
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
PECVD的缺点：
化学反应过程十分复杂，影响薄膜质量的因素较多； 工作频率、功率、压力、基板温度、反应气体分压、
(2) 光CVD
是利用光能使气体分解，增加反应气体的化学活性，促 进气体之间化学反应的化学气相沉积技术。
(3) 电子回旋共振（ECR）等离子体沉积 在反应室内导入微波能和磁场，使得电子的回旋运动和 微波发生共振现象。电子和气体碰撞，促进放电，从而可以
在较高的真空度和较低的温度下发生反应，获得高质量的薄 膜。
加速反应物在表面的扩散作用，提高成膜速率； 对基片和薄膜具有溅射清洗作用，溅射掉结合不牢的 粒子，提高了薄膜和基片的附着力； 由于原子、分子、离子和电子相互碰撞，使形成薄膜 的厚度均匀。
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
PECVD的优点：
低温成膜（ 300-350 ℃），对基片影响小，避免了高 温带来的膜层晶粒粗大及膜层和基片间形成脆性相；
反应器的几何形状、电极空间、电极材料和抽速等相互 影响。
参数难以控制；
反应机理、反应动力学、反应过程等还不十分清楚。
化学气相沉积——其它CVD方法
★ 其它化学气相沉积方法
（1）MOCVD
是一种利用有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。
作为含有化合物半导体元素的原料化合物必须满足： 常温下稳定且容易处理 反应的副产物不应妨碍晶体生长，不应污染生长层； 室温附近应具有适当的蒸气压
化学气相沉积——LPCVD
★ 低压化学气相沉积（LPCVD）
LPCVD原理
早 期 CVD 技 术 以 开 管 系 统 为 主 ， 即 Atmosphere Pressure CVD (APCVD)。
近年来，CVD技术令人注目的新发展是低压CVD技术， 即Low Pressure CVD（LPCVD）。
化学气相沉积——其它CVD方法
满足此条件的原材料有：金属的烷基或芳基衍生物、烃基 衍生物、乙酰丙酮基化合物、羰基化合物 MOCVD的优点： ① 沉积温度低。减少了自污染，提高了薄膜纯度，有利于降低
空位密度和解决自补偿问题；对衬底取向要求低；
② 沉积过程不存在刻蚀反应，沉积速率易于控制； ③ 几乎可以生长所有化合物和合金半导体； ④ 反应装置容易设计，生长温度范围较宽，易于控制，可大批 量生产； ⑤ 可在蓝宝石、尖晶石基片上实现外延生长
（ 4 ）卧式 LPCVD 装片密度高，生产效率高，生产成本低。
化学气相沉积——LPCVD
LPCVDຫໍສະໝຸດ Baidu微电子技术中的应用
广泛用于沉积掺杂或不掺杂的氧化硅、氮化硅、多 晶硅、硅化物薄膜，Ⅲ-Ⅴ族化合物薄膜以及钨、钼、钽、 钛等难熔金属薄膜。
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
★ 等离子化学气相沉积
气相沉积。用来制备化合物薄膜、非晶薄膜、外延薄膜、
超导薄膜等，特别是IC技术中的表面钝化和多层布线。 等离子化学气相沉积： Plasma CVD
Plasma Associated CVD Plasma Enhanced CVD 这里称PECVD
化学气相沉积——等离子化学气相沉积
PECVD是指利用辉光放电的物理作用来激活化学气相沉积