最新化学气相沉积CVD课件ppt

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。
（2）反应气体的比例及浓度
不一定为理论配比，应通过实验确定。
Βιβλιοθήκη Baidu例如：用三氯化硼和氨反应沉积氮化硼膜：
BCl3(气)＋NH3
BN(固)＋3HCl(气)
理论上，NH3和BCl3的流量比应等于 1；
实际中，在 1200℃的沉积温度下，当NH3／BCl3＜2时， 沉积速率很低；而NH3／BCl3＞4时，反应生成物又会 出现NH4Cl一类的中间产物；
相沉积中的最简单形式，例如：
SiH4 (气) 800℃～1200℃ Si(固)＋2H2 ↑
Ni(CO)4(气) 190～240℃ Ni(固)＋4 CO↑ CH4(气) 900~1200℃ C(固)＋2H2 ↑ TiI4(气) 加热 Ti(固)＋2I2 ↑
用作热分解反应沉积的气态化合物原料主要有： 硼的氯化物，氢化物； 第IV族大部分元素的氢化物和氯化物； VB、VIB族的氢化物和氯化物； 铁、镍、钴的羰基化合物和羰基氯化物； 以及铁、镍、铬、铜等的金属有机化合物等。
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。
（1）优点： ① 膜层纯度一般很高，很致密，容易形成结晶定向好的材料;
例如：用蓝宝石作基片，用CVD制备的－Al2O3单晶材料, 其杂质含量为30～34ppm，远小于蓝宝石本身的杂质含量； ② 能在较低温度下制备难熔物质；
例如：WF6 ↘W时,T沉积 500～700℃<<T钨=3377℃； ③ 可人为掺杂，制备各种半导体、氧化物和化合物膜。
都必须是气态； ③ 沉积物本身的蒸气压应足够低，以保证整个沉积反应
过程始终能保持在加热的基体上； ④ 基体本身的蒸气压在沉积温度下也应足够低，不易
挥发。
2. 沉积装置
主要由反应器（室）、供气系统和加热系统等组成
图8.3.1 Si片PN结构微细加工的CVD装置意示图
反应器的类型：
图8.3.2 CVD反应器的类型
（2）缺点： T基体高，V沉积低，设备较电镀法复杂，难于局部沉积，有一 定毒性，应用不如蒸镀、溅射广泛。
二、等离子体化学气相沉积（PECVD）
一种高频辉光放电物理过程与化学反应相结合的技术， 可有效解决普通CVD基体温度高，沉积速率慢的不足。
1.等离子体
（1）物质的第四态 给物质以能量，即T↗： 固 液 气 电离，离子+ 自由电子，等离子体，第四态。 （2）产生 自然界：大气电离层,高温太阳 实验室：气体放电，供给能量,维持；
Al2O3(固)＋ 6HCl↑＋ 3CO(气)↑
(CH3)3Ga(气)＋ AsH3(气) 630～675℃ GaAs(固)＋3CH4(气) ↑
3SiH4(气)＋ 4NH3(气) Si3N4(固)＋ 12H2(气)↑
（3）沉积条件
① 在沉积温度下，反应物有足够高的蒸气压； ② 生成物中，除了一种所需要的沉积物为固态外，其余
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；
低温CVD ＜ 500℃, 主要用于基片或衬底温度不宜在高温 下进行沉积的某些场合，如沉积平面
硅和MOS集成电路的纯化膜。 （2）按照沉积时系统压强的大小分类：
常压CVD（NPCVD），～1atm； 低压CVD（LPCVD），10～100Pa； LPCVD具有沉积膜均匀性好、台阶覆盖及一致性较好、 针孔较小、膜结构完整性优良、反应气体的利用率高等优点， 不仅用于制备硅外延层，还广泛用于制备各种无定形钝化膜， 如 SiO2和Si3N4以及多晶硅薄膜。 LPCVD是一种很有前途的薄膜沉积技术！
图8.3.3 物质的四态
（3）性质及应用
气体高度电离的状态；
性质 电中性：电子和正离子的密度相等，数量多，但<<原子密度
电和热的良导体。
应用：溅射；离子镀；PECVD等。
2. PECVD原理
PECVD利用等离子体的活性来促进反应。
等离子体中有高密度的电子（109～ 1012cm-3），电子气 温度比普通气体分子温度高出10～100倍，能够激发处于 较低环境温度下的反应气体，使之在等离子体中受激、分 解、离解和离化，从而大大提高了参与反应的物质活性；
为了得到较高的沉积速率和高质量的BN薄膜，必须通
过实验来确定各物质间的最佳流量比！
（3）基体对沉积膜层的影响
要得到质量较好的沉积膜，基体应满足以下条件： ① 基体材料与沉积膜层材料之间有强的亲和力； ② 基体与沉积膜层在结晶结构上有一定的相似性； ③ 基体材料与沉积膜层材料有相近的热膨胀系数。
5. CVD的优缺点
4.影响沉积膜质量的因素
（l）沉积温度T沉积：
T沉积是影响沉积质量的主要因素： T↗，沉积速度↗，沉积物愈致密，结构完善； T沉积根据沉积物的结晶温度，并兼顾基体的耐热性决定。 例如：
AlCl3+CO2+H2 <1100℃，反应不完全 Al2O3 > 1150℃
Al2O3(多晶) 1500～1550℃Al2O3(单晶膜)
化学气相沉积CVD
一、普通CVD
1. 基本原理
利用气体物质在固体表面进行化学反应，从而在该固 体表面生成固体沉积物的一种技术，根据化学反应的形 式，化学气相沉积可分为以下两类：
（1）热分解反应沉积 ——利用化合物加热分解，在基体（基片或衬底）表面
得到固态膜层的技术。 常用于制备金属、半导体和绝缘体等各种薄膜，是化学气
（2）化学反应沉积
——由两种或两种以上的气体物质在加热的基体表面上发
生化学反应而沉积成固态膜层的技术。 包括了除热分解以外的其它化学反应，例如：
SiCl4(气)＋2H2(气) 1200℃ Si(固)＋4HCl↑
WF6(气) ＋3H2(气) 500～700℃ W(固)＋6HF↑
2AlCl3(气)＋3CO2(气)＋3H2(气)