(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。

T

T 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。

1）与一般CVD 的区别：

①反应物主要是高饱和蒸汽压的有机金属化合物，如：

三甲基镓TMGa (T ri M ethyl Ga llium)三甲基铝TMAl (T ri M ethyl Al uminum)三甲基铅TMPb (T ri M ethyl P lum b um)二乙基锌DEZn (D i E thyl Z i n c)

……

②整个薄膜的沉积过程必然伴随着有机金属化合物的裂解、化合反应，如：

将金属的甲基、乙基化合物或三聚异丁烯化合物

导入高温加热的基板上，使其发生如下反应：

Ga(CH 3)3+AsH 3一GaAs+3CH 4

AL(CH 3):+AsH 3一ALAs+3CH 4

激光辅助CVD装置示意图）主要优势：利用光能代替热能，解决沉积温度过高的问题

电子回旋共振(ECR) PECVD装置（课本P159 图4.32）