化学气相沉积(中文版)2016年

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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。
SEIEE
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

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。

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

化学气相沉积教材

CVD物理化学基础
CVD反应方式：
热分解反应氧化还原反应化学合成反应化学输运反应等离子增强反应其他能源增强增强反应
材料科学与工程学院
Cd(CH3 )2 +H2S CdS+2CH4
325~475 C SiH4 +2O2 SiO2 +2H 2O
δ与移动方向x之间的关系
材料科学与工程学院
现代表面工程技术
CVD技术的热动力学
CVD 反应物从主气流里往基片表面扩
散时反应物在边界层两端所形成的浓度梯度
材料科学与工程学院现代表面工程技术
CVD技术的热动力学
显示以TEOS为反应气体的CVDSiO2沉积的沉积速率与温度之间的关系曲线现代表面工程技术
材料科学与工程学院现代表面工程技术
基本概念
CVD技术的分类低压CVD（LPCVD）常压CVD（APCVD）亚常压CVD(SACVD) 超高真空CVD(UHCVD) 等离子体增强CVD(PECVD) 高密度等离子体CVD(HDPCVD
快热CVD(RTCVD) 金属有机物CVD(MOCVD）
材料科学与工程学院现代表面工程技术
材料科学与工程学院
现代表面工程技术
CVD技术的热动力学
CVD反应过程：
CVD反应是由这五个主要步骤所构成的。因为进行这五个的发生顺序成串联，因此CVD反应的速率取决于步骤，将由这五个步骤里面最慢的一个来决定
化学气相沉积的五个主要的机构 (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
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化学气相法沉积聚合物

化学气相法沉积聚合物一、化学气相沉积（CVD）原理1. 基本概念- 化学气相沉积是一种通过气态先驱体在高温、等离子体或其他能量源的作用下发生化学反应，在基底表面沉积出固态薄膜的技术。

对于聚合物的化学气相沉积，先驱体通常是含有碳、氢等元素的有机化合物。

- 在CVD过程中，气态先驱体被输送到反应室中，在基底表面或靠近基底的区域发生分解、聚合等反应，从而形成聚合物薄膜。

2. 反应条件- 温度：不同的先驱体和反应体系需要不同的温度条件。

一般来说，较高的温度有助于先驱体的分解和反应的进行，但对于一些对温度敏感的基底或聚合物结构，需要精确控制温度以避免基底的损坏或聚合物的过度分解。

例如，某些有机硅先驱体在300 - 500°C的温度范围内可以有效地沉积硅基聚合物薄膜。

- 压力：反应室中的压力也是一个关键因素。

低压CVD（LPCVD）和常压CVD （APCVD）是常见的两种压力条件。

LPCVD通常在较低的压力（1 - 100 Pa）下进行，能够提供较好的薄膜均匀性和纯度，因为在低压下，气态分子的平均自由程较长，反应产物更容易扩散离开反应区域。

APCVD则在常压（约101.3 kPa）下进行，设备相对简单，但可能会存在薄膜均匀性较差的问题。

- 载气：载气用于将气态先驱体输送到反应室中。

常用的载气有氮气（N₂）、氩气（Ar）等惰性气体。

载气的流速会影响先驱体在反应室中的浓度分布，进而影响聚合物的沉积速率和薄膜质量。

二、聚合物沉积的先驱体1. 有机硅先驱体- 如四甲基硅烷（Si(CH₃)₄）等有机硅化合物是常用的先驱体。

在CVD过程中，四甲基硅烷在高温下会发生分解反应，硅 - 碳键断裂，释放出甲基基团，然后硅原子之间相互连接形成硅基聚合物的骨架结构。

反应式大致为：Si(CH₃)₄→Si + 4CH₃（高温分解），随后硅原子发生聚合反应形成聚合物。

- 有机硅先驱体沉积得到的聚合物具有良好的热稳定性、化学稳定性和电绝缘性等特点，在电子、航空航天等领域有广泛的应用。

化学气相沉积(中文版)2016

CVD 源材料
• 硅烷 (SiH4) • 四乙氧基硅烷 (tetra-ethyl-oxy-silane, TEOS ,Si(OC2H5)4)
CVD 源材料: 硅烷
• 自燃性的 (自己会燃烧), 易爆的, 以及有毒的 • 打开没有彻底吹除净化的硅烷气体管路，可能引起火灾或是小爆炸，并形成微细的二H
• 室温下为液态 • 化学性能不活泼 • 安全
H H H H C H H C H H H O
C C O Si O C C H
H H H O C H H H H C H H
CVD 源材料吸附:四乙氧基硅烷 (TEOS)
• 四乙氧基硅烷 (tetra-ethyl-oxy-silane, TEOS ,Si(OC2H5)4)，也称正硅酸四乙酯 • 大型有机分子 • TEOS分子不是完整对称的 • 可以与表面形成氢键并物理吸附在基片表面 • 表面迁移率高 • 好的阶梯覆盖、保形性与间隙填充 • 广泛使用在氧化物的沉积上
–通常是 400 °C
• 等离子体增强-四乙氧基硅烷, 臭氧-四乙氧基硅烷和高密度等离子体
CVD氮化硅的特性与沉积方法
• 很适合于作钝化层,因为 • 它有非常强的抗扩散能力,尤其是钠和水汽在氮化硅中的扩散系数很小; •另外，还可以作PSG 或 BPSG的扩散阻挡层
CVD氧化硅与CVD氮化硅的特性
• Si(OC2H5)4+O2→SiO2+4C2H4+2H2O
成膜质量好,但如果铝层已沉积,这个温度是不允许的
PE-TEOS 对O3-TEOS
等离子体增强-TEOS 臭氧-TEOS
阶梯覆盖率: 50% 保形性: 87.5%
阶梯覆盖率: 90% 保形性: 100%

化学气相沉积 ppt课件

PPT课件
8
一、化学气相沉积的原理
化学气相沉积反应的物质源 1、气态物质源如H2、N2、CH4、O2、SiH4等。这种物质源对CVD工艺技术最为方便，涂层设备系统比较简单，对获得高质量涂层成分和组织十分有利。 2、液态物质源此物质源分两种：（1）该液态物质的蒸汽压在相当高的温度下也很低，必须加入另一种物质与之反应生成气态物质送入沉积室，才能参加沉积反应。(2)该液态物质源在室温或稍高一点的温度就能得到较高的蒸汽压，满足沉积工艺技术的要求。如：TiCl4、CH3CN、 SiCl4、VCl4、BCl3。 3、固态物质源如：AlCl3、NbCl5、TaCl5、ZrC积室中。因为固态物质源的蒸汽压对温度十分敏感，对加热温度和载气量的控制精度十分严格，对涂层设备设计、制造提出了更高的要求。 9 PPT课件
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24
二、化学气相沉积的工艺方法
• CVD技术分类
• 反应器是CVD装置最基本的部件。根据反应器结构的不同，可将CVD技术分为开放型气流法和封闭型气流法两种基本类型。 • 1、开放型气流法： • 特点：反应气体混合物能够连续补充，同时废弃的反应产物能够不断地排出沉积室，反应总是处于非平衡状态。 • 优点：试样容易装卸，工艺条件易于控制，工艺重复性好。
PPT课件
33
• 常用的基体包括： • 各种难熔金属（钼常被采用）、 • 石英、 • 陶瓷、 • 硬质合金等， • 它们在高温下不容易被反应气体侵蚀。 • 当沉积温度低于700℃时，也可以钢为基体，但对钢的表面必须进行保护，一般用电镀或化学镀的方法在表面沉积一薄层镍。
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三、化学气相沉积的特点与应用
一、化学气相沉积的原理
常见的反应类型

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

化学气相沉积CVD

化学气相沉积1 前言化学气相沉积CVD(Chemical Vapor Deposition)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。

一般地说，化学气相沉积可以采用加热的方法获取活化能，这需要在较高的温度下进行；也可以采用等离子体激发或激光辐射等方法获取活化能，使沉积在较低的温度下进行。

另外，在工艺性质上，由于化学气相沉积是原子尺度内的粒子堆积，因而可以在很宽的范围内控制所制备薄膜的化学计量比；同时通过控制涂层化学成分的变化，可以制备梯度功能材料或得到多层涂层。

在工艺过程中，化学气相沉积常常在开放的非平衡状态下进行，根据耗散结构理论，利用化学气相沉积可以获得多种晶体结构。

在工艺材料上，化学气相沉积涵盖无机、有机金属及有机化合物，几乎可以制备所有的金属（包括碳和硅），非金属及其化合物（碳化物、氮化物、氧化物、金属间化合物等等）沉积层。

另外，由于气态原子或分子具有较大的转动动能，可以在深孔、阶梯、洼面或其他形状复杂的衬底及颗粒材料上进行沉积。

为使沉积层达到所需要的性能，对气相反应必须精确控制。

正是由于化学气相沉积在活化方式、涂层材料、涂层结构方面的多样性以及涂层纯度高工艺简单容易进行等一系列的特点，化学气相沉积成为一种非常灵活、应用极为广泛的工艺方法，可以用来制备各种涂层、粉末、纤维和成型元器件。

特别在半导体材料的生产方面，化学气相沉积的外延生长显示出与其他外延方法（如分子束外延、液相外延）无与伦比的优越性，即使在化学性质完全不同的衬底上，利用化学气相沉积也能产生出晶格常数与衬底匹配良好的外延薄膜。

此外，利用化学气相沉积还可生产耐磨、耐蚀、抗氧化、抗冲蚀等功能涂层。

在超大规模集成电路中很多薄膜都是采用CVD方法制备。

经过CVD 处理后，表面处理膜密着性约提高30%，防止高强力钢的弯曲，拉伸等成形时产生的刮痕。

化学气相沉积

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4.2 加热方法化学气相沉积的基体物的常用加热方法有电阻加热法和感应加热，其中感应加热一般是将基片放置在石墨架上，感应加热仅加热石墨，使基片保持与石墨同一温度。另外还有红外辐射加热和激光加热，红外辐射加热是近年发展起来的一种加热方法，采用聚焦加热可以进一步强化热效应，即使几片或托架局部迅速加热。激光加热是一种非常有特色的加热方法，其特点是在几片上微小的局部温度迅速升高，通过移动束斑来实现连续扫描加热的目的。。
SiH 4 + xNH 3 ≈350→ SiN x ( SiN x H y ) + … °C SiH 4 + xN 2O ≈350→ SiOx( SiOx H y ) + … °C SiH 4 ≈350→ ∂ − Si ( H ) + 2 H 2 °C 最后一个硅烷热分解的反应式可以用来制造非晶硅太阳能电池.
2.3 热分解法反应沉积热分解法包括简单热分解和热分解反应沉积，通常ⅣB族和ⅢB族和ⅤB族的一些低周期元素的氢化物如CH4、SiH4、 GeH4 、B2H6、PH3、AsH3等都是气态化合物，而且加热后易分解出相应的元素。很适合用于CVD技术中的原料气。如利用硅烷在较低温度下分解，可在基片上形成硅薄膜。
4. 21世纪，颜志学等成功地 21世纪，世纪得到约2克单晶金刚石晶体，得到约2克单晶金刚石晶体， CVD技术的大突破技术的大突破，是CVD技术的大突破，及王季陶等对CVD的理论贡献。 CVD的理论贡献及王季陶等对CVD的理论贡献。
20世纪六七十年代世纪六七十年代， 3. 20世纪六七十年代， CVD在半导体和集成电路技术 CVD在半导体和集成电路技术迅速而广泛地发展、应用；迅速而广泛地发展、应用；

化学气相沉积

定义：把所需要的物质当做源物质。借助于适当气体介质与之反应而形成一种气态化合物，这种气态化合物经化学迁移或物理载带(用载气)输运到与源区温度不同的淀积区，再发生逆向反应，使得源物质重新淀积出来，这样的反应过程称为化学输运反应。上述气体介质叫做输运剂，所形成的气态化合物叫输运形式。例如：

三、化学输运反应
140 ~ 240C
一、热解反应
单氨络合物已用于热解制备氮化物。
GaCl 3 NH3 GaN＋3HCl
800~900C
AlCl3 NH3 AlN＋3HCl
800~900C
B3 N3 H6 3BN 3H2
9001100
二、化学合成反应
两种或多种气态反应物在一热衬底上相互反应，这类反应称为化学合成反应。
化学气相沉积合成实例 1.制备纳米级氧化物、碳化物、氮化物超细粉
A(g) + B(g) → C(s) + D(g)↑
典型的气相合成反应有： 3SiH4(g)+4NH3(g) → Si3N4(s)+12H2(g)↑ 3SiCl4(g)+4NH3(g) → Si3N4(s)+12HCl(g)↑ 2SiH4(g)+C2H4(g) → 2SiC(s)+6H2(g)↑ BCl(g)+3/2H2(g) → B(s)+3HCl(g)↑
~1200C SiCl 4 2H 2 1150 Si ＋4HCl
475 SiH4 2O2 325 SiO2 2H 2O 1250C TiCl4 N2 H 2 1200 2TiN 8HCl
C Al2 (CH3 )6 12O2 450 Al2O3 9H2O

化学气相沉积(中文版)2016

岛状物合并
连续薄膜
CVD制程
• APCVD：常压化学气相沉积法 • LPCVD：低压化学气相沉积法 • PECVD ：等离子体增强型化学气相沉积法
APCVD反应器示意图
N2 制程气体 N2
晶圆
晶圆
加热器
输送带清洁装置
输送带排气
常压化学气相沉积法(APCVD)
• APCVD制程发生在大气压力常压下,适合在开放环境下进行自动化连续生产. • APCVD易于发生气相反应,沉积速率较快,可超过1000Å/min,适合沉积厚介质层. 但由于反应速度较快,两种反应气体在还未到达硅片表面就已经发生化学反应而产生生成物颗粒,这些生成物颗粒落在硅片表面,影响硅片表面的薄膜生长过程,比较容易形成粗糙的多孔薄膜,使得薄膜的形貌变差.
硅烷分子结构
H
H
Si
H H
H
Si H
H
H
CVD源材料吸附: 硅烷
• 硅烷分子完全对称的四面体 • 不会形成化学吸附或物理吸附 • 但硅烷高温分解或等离子体分解的分子碎片, SiH3, SiH2, or SiH, 很容易与基片表面形成化学键，黏附系数大 • 表面迁移率低, 通常会产生悬突和很差的阶梯覆盖
副产品被泵浦抽走
加热板
保形覆盖
• 保形覆盖是指无论衬底表面有什么样的倾斜图形,在所有图形的上面都能沉积有相同厚度的薄膜
到达角度
180° B A
270° 90°
C
薄膜的厚度正比于到达角的取值范围
阶梯覆盖性与保形性
CVD 薄膜
c
a
结构
h d
b
w
基片
严重时会形成空洞
金属介电质

化学气相沉积法

化学气相沉积法化学气相沉积CVD(Chemical Vapor Deposition)原理CVD(Chemical Vapor Deposition, 化学气相沉积)，指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。

在超大规模集成电路中很多薄膜都是采用CVD方法制备。

经过CVD处理后，表面处理膜密着性约提高30%，防止高强力钢的弯曲，拉伸等成形时产生的刮痕。

CVD特点淀积温度低，薄膜成份易控，膜厚与淀积时间成正比，均匀性，重复性好，台阶覆盖性优良。

CVD制备的必要条件1) 在沉积温度下，反应物具有足够的蒸气压，并能以适当的速度被引入反应室;2) 反应产物除了形成固态薄膜物质外，都必须是挥发性的;3) 沉积薄膜和基体材料必须具有足够低的蒸气压。

编辑本段何为cvd,CVD是Chemical Vapor Deposition的简称，是指高温下的气相反应，例如，金属卤化物、有机金属、碳氢化合物等的热分解，氢还原或使它的混合气体在高温下发生化学反应以析出金属、氧化物、碳化物等无机材料的方法。

这种技术最初是作为涂层的手段而开发的，但目前，不只应用于耐热物质的涂层，而且应用于高纯度金属的精制、粉末合成、半导体薄膜等，是一个颇具特征的技术领域。

其技术特征在于:(1)高熔点物质能够在低温下合成;(2)析出物质的形态在单晶、多晶、晶须、粉末、薄膜等多种;(3)不仅可以在基片上进行涂层，而且可以在粉体表面涂层，等。

特别是在低温下可以合成高熔点物质，在节能方面做出了贡献，作为一种新技术是大有前途的。

例如，在1000?左右可以合成a-Al2O3、SiC，而且正向更低温度发展。

CVD工艺大体分为二种:一种是使金属卤化物与含碳、氮、硼等的化合物进行气相反应;另一种是使加热基体表面的原料气体发生热分解。

CVD的装置由气化部分、载气精练部分、反应部分和排除气体处理部分所构成。

化学气相沉积(中文版)(最新修正版)课件.ppt

精心整理
低压化学气相沉积法(LPCVD)
• 低气压(133.3Pa)下的CVD较长的平均自由路径可减少气相成核几率,减少颗粒,不需气体隔离,孔洞少，成膜质量好
•但是反应速率较低,需要较高的衬底温度
精心整理
晶圆装载门
低压化学气相沉积系统
压力计Βιβλιοθήκη 晶圆加热线圈至真空帮浦
制程气体入口温度
晶舟中心区均温区
精心整理
石英管
距离
等离子体增强型化学气相沉积 (PECVD)
• 射频在沉积气体中感应等离子体场以提高反应效率，因此，低温低压下有高的沉积速率.
• 表面所吸附的原子不断受到离子与电子的轰击,容易迁移,使成膜均匀性好,台阶覆盖性好
精心整理
等离子体增强型化学气相沉积 (PECVD)
制程反应室
a
结构基片
h b
d
w
精心整理
严重时会形成空洞
金属
介电质
金属
介电质
金属
空洞
精心整理
介电质
金属 4
金属层间介电质3
金属 3
金属层间介电质2
精心整理
影响阶梯覆盖的因素
• 源材料的到达角度 • 源材料的再发射 • 源材料的表面迁移率
黏附系数
精心整理
黏附系数
• 源材料原子和基片表面产生一次碰撞的过程中，能与基片表面形成一个化学键并被表面吸附的机率
高掺杂多晶硅作为栅电极和短程互联线在MOS集成电路得到广泛应用。
常常将钨、钛、钴(考虑到离子注入后的退火,这里只能用难熔金属)等硅化物做在多晶硅薄膜上,形成具有较低的方块电阻（相对于单独的多晶硅而言）。
精心整理

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