第2章薄膜沉积的化学方法
pecvd反应方程
pecvd反应方程PECVD，全称为等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition），是一种常用于薄膜制备的沉积方法。
它利用等离子体激活气体分子，使其发生化学反应并在基底表面生成薄膜。
以下是PECVD常见的反应方程及其对应的薄膜沉积过程。
1. 硅氢化物PECVD反应方程：SiH4 + H2 → Si + 2H2O该反应方程描述了在PECVD过程中使用硅氢化物（如硅烷SiH4）作为前驱体进行硅薄膜的沉积。
通过与氢气反应，产生硅及水蒸气。
在等离子体激活的条件下，硅和水蒸气在基底表面发生化学反应，生成纯净的硅薄膜。
2. 氧化物PECVD反应方程：SiH4 + N2O → SiO2 + 2H2O + N2该反应方程描述了使用硅氢化物和氮氧化物（如N2O）作为前驱体进行氧化物薄膜（如二氧化硅SiO2）的沉积。
在等离子体激活的条件下，硅氢化物与氮氧化物发生化学反应，生成氧化硅薄膜、水蒸气和氮气。
3. 碳氮化物PECVD反应方程：SiH4 + C3H8 + NH3 → SiCN + 3H2 + H2O (SiC涂覆剂)该反应方程描述了使用硅氢化物、丙烷和氨气作为前驱体进行碳氮化物薄膜（如碳化硅SiC）的沉积。
在等离子体激活的条件下，硅氢化物与丙烷和氨气发生化学反应，生成碳氮化硅薄膜、氢气和水蒸气。
4. 氮化物PECVD反应方程：SiH4 + NH3 → Si3N4 + 3H2该反应方程描述了使用硅氢化物和氨气作为前驱体进行氮化物薄膜（如氮化硅Si3N4）的沉积。
在等离子体激活的条件下，硅氢化物与氨气发生化学反应，生成氮化硅薄膜和氢气。
值得注意的是，以上的PECVD反应方程仅为示例，实际的PECVD反应可能涉及不同的前驱体和反应条件。
根据所需的薄膜材料和沉积条件的不同，可以选择不同的前驱体和反应方程进行PECVD沉积。
在PECVD过程中，等离子体的产生是至关重要的。
薄膜沉积的化学方法
高纯度薄膜对于某些应用至关重要，但化学方法沉积过程中杂质和 缺陷的控制难度较大。
反应条件控制
化学反应的条件，如温度、压力和反应物浓度，对薄膜的特性和质量 有显著影响，需要精确控制。
未来发展方向
1 2
新材料探索
随着科技的发展，对具有特殊性能的新型薄膜材 料的需求不断增加，探索新型化学沉积薄膜材料 是未来的重要方向。
原理
在电化学沉积过程中，电解液中的金属离子在电极上失去电子并还原成金属原子，这些原子在电极表 面逐渐积累形成连续的金属薄膜。
常见反应类型
阴极还原
在阴极上，金属离子获得电子并 还原成金属原子，这是电化学沉 积中最常见的反应类型。
共沉积
共沉积是指同时沉积出两种或多 种金属或非金属元素的过程，可 以通过改变电解液成分和电压来 实现。
离子束沉积
03
通过离子束轰击固体材料表面，将原子或分子溅射出来并在基
底上沉积成膜。
应用领域
微电子和半导体制造
用于制造集成电路、微电子器件和光电器件等。
光学薄膜
用于制造光学元件和反射镜等。
装饰和艺术品保护
用于制造装饰涂层和保护涂层等。
03
电化学沉积 (ECD)
定义与原理
定义
电化学沉积是一种通过在电解液中施加电压来使金属或化合物从溶液中析出并沉积在电极表面形成薄 膜的方法。
复合沉积
复合沉积是指沉积出的薄膜由两 种或多种材料组成，这些材料可 以在空间上相互分离，也可以混 合在一起。
应用领域
01
02
03
微电子器件制造
电化学沉积在微电子器件 制造中广泛应用，如薄膜 导电层、金属连线、电极 等。
表面工程
薄膜的化学制备方法
LB薄膜的特点
优点：1. LB薄膜中分子有序定向排列，这是一个重要特点； 2. 很多材料都可以用LB技术成膜； 3. LB膜有单分子层组成，它的厚度取决于分子大小 和 分子的层数； 4. 通过严格控制条件，可以得到均匀、致密和缺陷密 度很低的LB薄膜；
缺点：
➢ 成膜效率低， ➢ LB薄膜均为有机薄膜，包含了有机材料的弱点； ➢ LB薄膜厚度很薄，在薄膜表征手段方面难度较大。
盲孔
和形状复杂的内腔；
4. 被镀材料广泛：可在钢、铜、铝、锌、塑料、尼龙、
玻
Ni2+
+
_
H2PO2
+H2O
表面 催化HPO32
+ 3H+ + Ni
璃、 橡胶、木材等材料上镀膜。
化学镀设备（Electroless plating equipment ）
化学镀的应用
化学镀Ni-P-B活塞
Ni-P塑料模具
Ni-P铝质天线盒
PCB的局部化学镀
Layer 1
Tracks
Via Hole
SMD Pad
Layer 6
R34
IC3
二、溶胶-凝胶法
溶胶凝胶法是常用的化学制膜方法，与 蒸发、溅射等物理成膜方法相比，设备简单、成 本低、容易控制薄膜的化学组分比、可以用它方 便地制备多种薄膜和纳米材料，是一种适合于机 理研究的好方法。
4.在基片B，金属离子得到 电子被还原。
电镀服从法拉第定律
Faraday 定律（镀层厚度与时间和电流的关系）
• m=K I t • m=(M/nF) (I(d) S) t • p S h=(M/nF) (I(d)
S) t • p h=(M/nF) I(d) t
化学气相沉积技术
化学气相沉积技术化学气相沉积技术是一种常用的薄膜制备方法，它在材料科学、纳米技术、能源领域等方面有着广泛的应用。
本文将介绍化学气相沉积技术的基本原理、分类以及在不同领域的应用。
一、基本原理化学气相沉积技术是通过在气相条件下使化学反应发生，从而在基底表面上沉积出所需的薄膜材料。
该技术通常包括两个主要步骤，即前驱体的气相传输和沉积过程。
在前驱体的气相传输阶段，前驱体物质通常是一种挥发性的化合物，如金属有机化合物或无机盐等。
这些前驱体物质被加热到一定温度，使其蒸发或分解为气体。
然后，这些气体将通过传输管道输送到基底表面上。
在沉积过程中，前驱体气体与基底表面上的反应活性位点发生反应，形成固态的薄膜材料。
这些反应通常是表面吸附、解离、扩散和再结合等过程的连续发生。
通过控制前驱体的流量、温度、压力等参数，可以实现对沉积薄膜的厚度、成分和晶体结构的调控。
二、分类根据沉积过程中气体流动的方式和方向，化学气相沉积技术可以分为热辐射、热扩散和热对流三种类型。
1. 热辐射沉积（Thermal Radiation Deposition，TRD）：在热辐射沉积中，前驱体物质通过热辐射的方式传输到基底表面。
这种方法适用于高温条件下的沉积过程，可以用于制备高质量的薄膜材料。
2. 热扩散沉积（Thermal Diffusion Deposition，TDD）：在热扩散沉积中，前驱体物质通过热扩散的方式传输到基底表面。
这种方法适用于低温条件下的沉积过程，可以用于制备柔性基底上的薄膜材料。
3. 热对流沉积（Thermal Convection Deposition，TCD）：在热对流沉积中，前驱体物质通过热对流的方式传输到基底表面。
这种方法适用于较高温度和压力条件下的沉积过程，可以用于制备大面积的薄膜材料。
三、应用领域化学气相沉积技术在材料科学、纳米技术和能源领域有着广泛的应用。
以下是几个具体的应用领域：1. 半导体器件制备：化学气相沉积技术可以用于制备半导体材料的薄膜，如硅、氮化硅、氮化铝等，用于制备晶体管、太阳能电池等器件。
第二章薄膜的制备ppt课件
在信息显示技术中的应用
在信息存贮技术中的应用
• 第二是在集成电路等电子工业中的应用， 其中，从外延薄膜的生长这一结晶学角 度看也具有显著的成果。
在计算机技术中的应用
在计算机技术中的应用
• 第三是对材料科学的贡献。薄漠制 备是在非平衡状态下进行，和通常的热 力学平衡条件制备材料相比具有：所得 材料的非平衡特征非常明显;可以制取普 通相图中不存在的物质;在低温下可以制 取热力学平衡状态下必须高温才能生成 的物质等优点。
薄膜的主要特性
• 材料薄膜化后，呈现出的一部分主要特性：
•
几何形状效应
• 块状合成材料一般使用粉末的最小尺寸为 纳米至微米，而薄膜是由尺寸为1埃左右的原子
或分子逐渐生长形成的。采用薄膜工艺可以研
制出块材工艺不能获得的物质(如超晶格材料)，
在开发新材料方面，薄膜工艺已成为重要的手
段之一。
非热力学平衡过程
无机薄膜制备工艺
• 单晶薄膜、多晶薄膜和非晶态薄膜在现代微 电子工艺、半导体光电技术、太阳能电池、光纤 通讯、超导技术和保护涂层等方面发挥越来越大 的作用。特别是在电子工业领域里占有极其重要 的地位，例如半导体集成电路、电阻器、电容器、 激光器、磁带、磁头都应用薄膜。
• 薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的选择； 基体材料的选择及表面处理；薄膜制备条件的选 择；结构、性能与工艺参数的关系等。
(2)双蒸发源蒸镀——三温度法
三温度-分子束外延法主要是用 于制备单晶半导体化合物薄膜。从 原理上讲，就是双蒸发源蒸镀法。 但也有区别，在制备薄膜时，必须 同时控制基片和两个蒸发源的温度， 所以也称三温度法。
三温度法 是制备化合物 半导体的一种 基本方法，它 实际上是在V族 元素气氛中蒸 镀Ⅲ族元素， 从这个意义上 讲非常类似于 反应蒸镀。图 示就是典型的 三温度法制备 GaAs单晶薄膜 原理。
半导体技术-薄膜沉积
薄膜沉积薄膜的沉积，是一连串涉及原子的吸附、吸附原子在表面的扩散及在适当的位置下聚结，以渐渐形成薄膜并成长的过程。
分类及详述：化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）——CVD反应气体发生化学反应，并且生成物沉积在晶片表面。
物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）——PVD蒸镀（Evaporation）利用被蒸镀物在高温（近熔点）时，具备饱和蒸汽压，来沉积薄膜的过程。
溅镀（Sputtering）利用离子对溅镀物体电极（Electrode）的轰击（Bombardment）使气相中具有被镀物的粒子（如原子），沉积薄膜。
化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition；CVD)用高温炉管来进行二氧化硅层的成长，至于其它如多晶硅 (poly-silicon)、氮化硅 (silicon-nitride)、钨或铜金属等薄膜材料，要如何成长堆栈至硅晶圆上？基本上仍是采用高温炉管，只是因着不同的化学沉积过程，有着不同的工作温度、压力与反应气体，统称为「化学气相沉积」。
既是化学反应，故免不了「质量传输」与「化学反应」两部分机制。
由于化学反应随温度呈指数函数变化，故当高温时，迅速完成化学反应，对于化学气相沉积来说，提高制程温度，容易掌握沉积的速率或制程的重复性。
高温制程有几项缺点：1．高温制程环境所需电力成本较高。
2．安排顺序较后面的制程温度若高于前者，可能破坏已沉积材料。
3．高温成长的薄膜，冷却至常温后，会产生因各基板与薄膜间热胀缩程度不同的残留应力 (residual stress)。
所以，低制程温度仍是化学气相沉积追求的目标之一，如此一来，在制程技术上面临的问题及难度也跟着提高。
按着化学气相沉积的研发历程，分别简介「常压化学气相沉积」、「低压化学气相沉积」及「电浆辅助化学气相沉积」：1．常压化学气相沉积(Atmospheric Pressure CVD；APCVD)最早研发的CVD系统，是在一大气压环境下操作，设备外貌也与氧化炉管相类似。
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
8
薄膜沉积速率正比于气体分子的通量。
单位表面上元素的净蒸发速率
ΦαN2（ AπpMe Rph） T
α — 系数，介于0~1之间；
m n M N
A
pe、ph — 平衡蒸气压和实际情况下的分压。 单位表面上元素的质量蒸发速率
组元蒸气压相近时，可估算合金蒸发源的成分。 例如，1350K，薄膜成分：Al-2％Cu (质量分数)，
需蒸发源成分：A1-13.6％Cu (质量分数)。
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
20
对于初始成分确定的蒸发源，组元蒸发速率 之比随时间而变化。 原因：易于蒸发的组元的优先蒸发使该组元不 断贫化，进而使该组元蒸发速率不断下降。
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
5
组成部分： 真空室； 蒸发源及蒸发加热装置； 衬底放置及加热装置。
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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真空蒸发镀膜机
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
7
2.1.1 元素的蒸发速率
平衡蒸气压：一定温度下，蒸发气体与凝聚相平 衡过程中所呈现的压力。
第二章 薄膜的物理气相沉积（I） —— 蒸发法
物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD） 物理过程，如物质的热蒸发或在 受到粒子束轰击时物质表面原子的溅射等现 象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移 过程。
薄膜的物理气相沉积薄膜的物理气相沉积ⅠFra bibliotek—热蒸发1
薄膜的沉积过程
薄膜的沉积过程
薄膜沉积是指将材料沉积到基底表面形成一层薄膜的过程。
这个过程在微电子、光电子、纳米技术等领域都有广泛的应用。
薄膜沉积过程可以分为物理气相沉积和化学气相沉积两种方法。
1. 物理气相沉积
物理气相沉积是指通过高能粒子（如电子束、离子束）或热源（如电阻丝）将材料加热至高温，使其蒸发或溅射到基底表面上形成一层薄膜的过程。
这种方法适用于制备金属、合金、硅等材料的薄膜。
2. 化学气相沉积
化学气相沉积是指通过化学反应将材料从气体状态转变为固态并在基底表面上形成一层薄膜的过程。
这种方法适用于制备半导体、绝缘体和金属等材料的薄膜。
化学气相沉积可以分为以下几种类型：
（1）热化学气相沉积（CVD）
CVD是一种将气态前驱体在高温下分解反应产生材料沉积在基底表面
的方法。
CVD适用于制备SiO2、Si3N4、MoSi2等材料的薄膜。
（2）物理化学气相沉积（PVD）
PVD是指通过物理手段将材料从固态转变为气态，然后在基底表面上
形成一层薄膜的过程。
PVD适用于制备金属、合金、氧化物等材料的
薄膜。
（3）原子层沉积（ALD）
ALD是一种将前驱体分子和反应剂交替注入反应室中，每次只有一个
单层原子或分子被沉积在基底表面上的方法。
ALD适用于制备高质量、均匀性好的绝缘体和金属薄膜。
总之，不同类型的薄膜沉积方法具有不同的特点和优缺点，在实际应
用中需要根据具体情况选择合适的方法。
纳米集成电路制造工艺-电介质薄膜沉积工艺
纳米集成电路制造工艺-电介质薄膜沉积工艺前言电介质在集成电路中主要提供器件、栅极和金属互连间的绝缘，选择的材料主要是氧化硅和氮化硅等，沉积方法主要是化学气相沉积（CVD）。
随着技术节点的不断演进，目前主流产品已经进入65/45nm的世代，32/28nm产品的技术也已经出现，为了应对先进制程带来的挑战，电介质薄膜必须不断引入新的材料和新的工艺。
电介质是能够被电极化的绝缘体。
电介质的带电粒子是被原子、分子的内力或分子间的力紧密束缚着，因此这些粒子的电荷为束缚电荷。
在外电场作用下，这些电荷也只能在微观范围内移动，产生极化。
在静电场中，电介质内部可以存在电场，这是电介质与导体的基本区别。
在电磁学里，当给电介质施加一个电场时，由于电介质内部正负电荷的相对位移，会产生电偶极子，这现象称为电极化。
施加的电场可能是外电场，也可能是嵌入电介质内部的自由电荷所产生的电场。
因为电极化而产生的电偶极子称为“感应电偶极子”，其电偶极矩称为“感应电偶极矩”。
在栅极电介质的沉积方面，为了在降低电介质EOT（等效氧化物厚度）的同时，解决栅极漏电的问题，必须提高材料的k值。
在130/90/65nm乃至45nm的世代，对传统热氧化生成的氧化硅进行氮化，生成氮氧化硅是提高k值的一种有效方法。
而且氮氧化硅在提高材料k值和降低栅极漏电的同时，还可以阻挡来自多晶硅栅内硼对器件的不利影响，工艺的整合也相对简单。
到45/32nm以后，即使采用氮氧化硅也无法满足器件对漏电的要求，高k介质的引入已经成为必然。
Intel公司在45nm已经采用了高k的栅极介质（主要是氧化铪基的材料，k值约为25），器件的漏电大幅降低一个数量级。
在后端的互连方面，主要的挑战来自RC延迟。
为了降低RC延迟，电介质的k值必须随着技术节点不断降低。
从180/130nm采用掺氟的氧化硅（FSG）到90/65/45nm采用致密掺碳的氧化硅（SiCOH），再到32nm以后的多孔的掺碳氧化硅（p-SiCOH），材料的k值从3.5到3.0～2.7，再到小于2.5。
薄膜沉积方法
薄膜沉积方法一、引言薄膜沉积方法是一种用于制备薄膜材料的关键技术。
它在电子器件、光学器件、太阳能电池等领域具有广泛的应用。
本文将介绍薄膜沉积方法的原理、分类以及一些常用的技术。
二、薄膜沉积方法的原理薄膜沉积方法是通过将材料原子或分子逐层沉积在基底上，形成具有特定功能和性质的薄膜。
常用的薄膜沉积方法主要有物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）以及溶液法等。
三、薄膜沉积方法的分类1. 物理气相沉积（PVD）物理气相沉积是利用物理手段将材料蒸发、溅射或者离子轰击后沉积在基底上。
常见的物理气相沉积方法有热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射等。
这些方法能够得到高纯度、致密度高的薄膜，但是制备过程中需要高真空环境。
2. 化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是利用化学反应将材料原子或分子沉积在基底上。
常见的化学气相沉积方法有热CVD、等离子CVD、低压CVD等。
这些方法能够制备多种材料的薄膜，具有较好的均匀性和控制性。
3. 溶液法溶液法是将溶解有所需材料的溶液倾倒在基底上，通过溶剂的挥发或者化学反应使溶质沉积在基底上。
常见的溶液法有旋涂法、浸渍法、喷雾法等。
这些方法制备简单、成本低，适用于大面积薄膜的制备。
四、常用的薄膜沉积技术1. 热蒸发热蒸发是将材料加热至其沸点，使其蒸发并沉积在基底上。
这种方法适用于蒸发温度较低的材料，如金属薄膜。
2. 磁控溅射磁控溅射是利用高能离子轰击靶材，使其溅射出的原子或分子沉积在基底上。
这种方法能够制备各种材料的薄膜，但需要高真空环境。
3. 化学气相沉积化学气相沉积是通过化学反应将材料原子或分子沉积在基底上。
这种方法可以制备复杂的多层薄膜，并具有较好的控制性和均匀性。
4. 旋涂法旋涂法是将溶解有所需材料的溶液倒在基底上，然后通过高速旋转基底使溶液均匀涂布在基底上。
这种方法适用于制备有机薄膜。
五、总结薄膜沉积方法是制备薄膜材料的重要技术，不同的方法适用于不同的材料和应用领域。
物理气相沉积、化学气相沉积和溶液法是常用的薄膜沉积方法。
多晶硅薄膜的制备方法
多晶硅薄膜的制备方法多晶硅薄膜是一种非常重要的材料，广泛应用于光伏发电设计、光学器件制造以及半导体器件制造等领域。
制备多晶硅薄膜有多种方法，其中包括热化学气相沉积法、物理气相沉积法、溅射法、化学沉积法等。
本文主要介绍化学沉积法和物理气相沉积法两种多晶硅薄膜制备方法。
一、化学沉积法制备多晶硅薄膜化学沉积法是将单一或多种有机硅化合物在氢气环境中加热至高温，使其分解产生含硅化合物薄膜的沉积方法。
化学沉积法制备多晶硅薄膜的具体步骤如下：1.\t将单一或多种有机硅化合物溶于有机溶剂中，制成预混液。
2.\t将切割好的硅片放置于反应室中，并去除表面脏污及氧化层。
3.\t将反应室加热至500-1100℃，并将预混液加入反应室中。
4.\t预混液在加热的过程中分解生成含硅化合物，这些化合物在表面逐渐沉积，直到形成多晶硅薄膜。
5.\t通过调节反应室的温度、时间和化合物的流量，可以控制膜的厚度和性质。
二、物理气相沉积法制备多晶硅薄膜物理气相沉积法是利用高纯度硅块或硅化物在加热的惰性气体环境下分解，沉积硅薄膜的方法。
物理气相沉积法制备多晶硅薄膜的具体步骤如下：1.\t将切割好的硅片放入沉积室中，并在室内减压到10-4-10-5Torr之间；2.\t进入物质气体，其中选择硅原子可以来自单质硅汽相、SiH4等化合物气氛；3.\t通过电阻加热或电子束提供能源，使固体硅或化合物在高温下蒸发或分解，形成气态硅或硅化氢；4.\t沉积在硅片上的硅分子扩散并体积生长，5.\t达到所需厚度后停止沉积，冷却至室温即可。
总之，无论是化学沉积法还是物理气相沉积法，它们都具有制备精度高、有较好的可控性、操作简便、生产成本相对较低等优点。
同时，根据不同的应用领域和要求，可以选择适合的方法进行多晶硅薄膜的制备。
PVD和CVD无机薄膜沉积方式大全，一定有你不知道的.....
PVD和CVD无机薄膜沉积方式大全，一定有你不知道的.....无机薄膜沉积方式在FDP 的生产中, 在制作无机薄膜时可以采用的方法有两种：PVD 和CVD (本文跟从众多资料的分类法, 将VE 和VS 归于PVD 而ALD 归于CVD)。
Physical Vapor Deposition (PVD)Physical Vapor Deposition (PVD) 亦称为物理气象沉淀技术。
该技术在真空条件下, 通过先将材料源（固体或液体）表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子, 并通过低压气体(或等离子体)过程, 在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。
PVD 沉积流程可以粗略的被分为镀料的汽化、镀料的迁移和镀料的沉积三个部分。
PVD 沉积过程根据工艺的不同, PVD 可以提进一步分为真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀膜、离子镀膜和分子束外延等。
真空蒸镀(Vacuum Evaporation)真空蒸镀(Vacuum Evaporation)是指在真空条件下, 使金属、金属合金或化合物蒸发, 然后沉积在基体表面上的工艺。
比较常用的蒸发方法为电阻加热、高频感应加热或用电子柬、激光束以及离子束高能轰击镀料等。
VE 简要设备原理图溅射镀膜(Vacuum Sputtering)溅射镀膜(Vacuum Sputtering)基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下,使氩气进行辉光放电, 这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+), 氩离子在电场力的作用下加速轰击以镀料制作的阴极靶材, 靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。
根据采用电流的不同, 该工艺可以进一步分为采用直流辉光放电的直流(Qc)溅射、采用射频(RF)辉光放电的射频溅射以及磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。
电弧等离子体镀膜电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下, 用引弧针引弧, 使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电, 阴极表面快速移动着多个阴极弧斑, 不断迅速蒸发, 使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体, 并能迅速将镀料沉积于基体。
无机膜2-2章
化学镀+CVD制备Pd膜
0.228 565 Electroless plating
Electroless plating +CVD
Jianhua Tong et al, J. Membr. Sci., 2005, in press
总之，化学镀不是靠通电提供e，而是通 过化学反应提供金属镀膜的方法。 其还原反应必须在催化剂作用下才能进 行。 所以沉积反应仅在基体上发生，而非在 整个溶液中或器壁上，
周期表中第Ⅷ族元素，都具有化学镀过 程中需要的催化作用。 问题：无催化作用的载体材料，如陶瓷、 玻璃等，怎么办？ 认为地赋予其催化能力。 敏化处理加以活化。 利于化学还原沉积。
Pd合金膜制备方法
化学镀
优点 设备简单；成本低；沉积均匀；
容易覆盖大表面和复杂形状载体.
反应方Байду номын сангаас式
阴极反应：N 2 H 4 4OH N 2 4H2 O 4e 阳极反应：2 Pd 2 4e 2 Pd 0 总反应： 2 Pd 2 N 2 H 4 4OH 2 Pd 0 N 2 4H2O
沉积Pd 沉积Ag Ar气流、900 ℃ 、12h
4. 用途：制备Pd或Pd合金反应器 适用于反应物或生成物之一为氢的化学 反应，如制氢、加氢、脱氢，等。 脱氢时：氢在反应的同时不断被从反应系 统中除去，转化率可超过平衡 值，甚至达到100%。 加氢时：氢通过Pd膜控制，从而控制加 氢的选择性。 目前，这类反应器在精细有机化工合成中 显示了广阔的应用前景。
b. 预处理：敏化、活化（ SnCl2/PdCl2）， 反复10次。 c. 化学镀：溶液（镀液）； 条件。 钯的四胺络合物、
EDTA、氢氧化铵、 肼，组成
半导体制造工艺薄膜沉积上
半导体制造工艺薄膜沉积随着半导体工业的快速发展，人们对芯片质量的要求也越来越高。
薄膜沉积作为芯片制造过程中的一项重要工艺，在半导体工业中具有极其重要的作用。
本文将介绍薄膜沉积的基本概念、分类以及制备方法，并对其中的一些细节进行分析和探讨。
什么是薄膜沉积薄膜沉积（Thin Film Deposition）是在基底表面制备极其薄的物质层的技术。
这些薄膜通常是微米或纳米级别的，这些物质通常具有单晶或多晶结构，然后用于半导体器件、光电器件、传感器等领域。
在晶体生长时，沉积的晶体结构是由基底表面的原子排列方式决定的。
薄膜沉积的分类根据不同的沉积原理，薄膜沉积可以分为化学气相沉积、物理气相沉积、溅射沉积、化学涂敷沉积等多种类型。
下面针对几种较为常见的薄膜沉积进行详细介绍：化学气相沉积化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）是一种常见的薄膜沉积方法。
该方法通过将反应气体混合后加热，用于生成可沉积的气体，然后让气体接触到基底表面，生成一层新的材料。
在CVD方法中，沉积的材料运输是通过气态反应器中的化学反应实现的。
利用不同的化学反应条件，可以制备出多种材料。
常用的CVD方法有PECVD （Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition）和LPCVD（Low-pressure Chemical Vapor Deposition）。
物理气相沉积物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，简称PVD），也称为蒸镀，是一种利用高温蒸发和凝结作用的方法。
物理气相沉积主要通过基底加热和靶材蒸发的方式来实现。
靶材通常是纯金属或金属合金。
使用物理气相沉积技术可以制备金属、金属合金和其他材料的薄膜，例如在生产光学镜片时用于制备光学膜。
常见的沉积方法有单个磁控溅射（Magnetron Sputtering）和电弧溅射（Arc Sputtering）。
薄膜的化学制备方法
应用实例
光学薄膜
利用溶胶-凝胶法制备的光学薄膜 具有高透光性、高反射性和高截 止特性等优点，广泛应用于光学
仪器、太阳能光伏等领域。
电子薄膜
溶胶-凝胶法制备的电子薄膜具有 良好的电学性能和化学稳定性，适 用于制备电子元器件和集成电路等。
生物医用薄膜
通过溶胶-凝胶法制备的生物医用薄 膜具有良好的生物相容性和生物活 性，可用于制备医疗器械、生物传 感器和组织工程支架等。
应用实例
金属薄膜
如镍、铜、钴等金属薄膜的制备，可用于电子器 件的制造和装饰行业。
半导体薄膜
如氧化锌、二氧化钛等半导体薄膜的制备，可用 于光电器件和太阳能电池等领域。
复合薄膜
如金属/氧化物、金属/非金属等复合薄膜的制备， 可用于传感器、催化器和防腐蚀涂层等领域。
05
喷涂法
原理与特点
原理
喷涂法是一种将液体材料通过喷枪或 喷涂设备，以雾状形式均匀地喷涂在 基材表面，形成薄膜的方法。
等离子体增强CVD法
总结词
利用等离子体激活反应气体，在较低温度下制备薄膜。
详细描述
等离子体增强CVD法是一种先进的化学气相沉积技术，利用等离子体激活反应气体，使气体在较低温 度下也能发生化学反应，从而在衬底表面形成固态薄膜。这种方法具有反应温度低、薄膜附着力强、 沉积速率高等优点，适用于制备各种功能性薄膜。
03
化学溶液沉积
原理与特点
原理
通过将溶有欲形成薄膜的物质的溶液，以一定的方式（如旋转、喷涂、电泳等） 涂敷在基片上，经过一定时间后，溶剂蒸发，溶质以晶体或非晶体的形式沉积 在基片上，形成薄膜。
特点
设备简单、操作方便、成本低廉，可制备大面积的薄膜，但薄膜的厚度和均匀 性不易控制，且容易引入杂质。
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。
化学气相沉积过程
化学气相沉积过程化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）是一种常用的制备薄膜材料的方法，它在半导体工业、材料科学和表面工程等领域得到广泛应用。
本文将介绍CVD的基本原理、过程和应用。
一、CVD的基本原理CVD是利用气相反应在固体表面上生成薄膜的方法。
它的基本原理是通过控制气体在一定温度下与固体表面发生化学反应，使固体表面的原子或分子逐层沉积形成薄膜。
这种沉积过程是在真空或低压气氛中进行的，通常需要提供一定的能量来激活反应。
二、CVD的过程CVD过程通常可以分为四个步骤：前驱体输送、热解、扩散和沉积。
1. 前驱体输送：CVD过程中需要将前驱体气体输送到反应室中。
前驱体气体可以是一种或多种气体，它们经过预处理后被输送到反应室中。
预处理可以包括加热、过滤、稀释等步骤，以确保前驱体气体的纯度和稳定性。
2. 热解：前驱体气体进入反应室后，通过加热使其分解为反应物质。
加热可以采用电加热、辐射加热或激光加热等方式。
热解过程中，前驱体分子发生裂解，生成活性物种，如自由基、离子等，这些活性物种参与后续的化学反应。
3. 扩散：热解后的活性物种在反应室中扩散到固体表面。
扩散过程受到温度、压力、气流速度等因素的影响。
扩散过程中，活性物种与固体表面发生反应，形成沉积物质。
4. 沉积：活性物种与固体表面反应后，会形成沉积物质。
沉积物质的生成速率取决于活性物种的浓度、反应速率等因素。
沉积物质以层状结构逐渐沉积在固体表面上，形成所需的薄膜。
三、CVD的应用CVD广泛应用于半导体工业、材料科学和表面工程等领域。
具体应用包括：1. 半导体器件制备：CVD可用于制备半导体材料的薄膜，如硅、氮化硅、氮化镓等。
这些薄膜可以用于制作晶体管、光电二极管等器件。
2. 表面涂层：CVD可用于在材料表面形成保护性涂层，提高材料的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性能。
常用的涂层材料包括金属氮化物、碳化物等。
3. 光学薄膜制备：CVD可用于制备透明、反射或吸收特定波长的光学薄膜。
膜与膜过程_第二章_膜材料与膜制备(3)
2、复合膜制备工艺（不对称膜）
相转化法制膜的缺点：膜分离层较厚：0.25~1μm；在高压 下由于高分子易压实，因此膜的透水量下降。相转化法膜 的压密多发生在表面致密层与多孔支撑层之间的过渡层。 先分别制备致密皮层和多孔支撑层，减少致密层的厚度， 同时消除易引起压密的过渡层，从而提高膜的透水速度和 抗压密性。这是最初复合膜工艺开发的基本思路。 反渗透膜和纳滤膜多为复合膜，将高分子复合到支撑膜上 的方法主要有：高分子溶液涂敷（Coating），界面聚合 （Intefacial condensation）， 原位聚合（Insitu polymerization）， 等离子聚合（Plaxma polymerization） 等。其中以界面聚合法和原位聚合法应用最广。
4、无机膜制备工艺
无机膜可分致密膜、多孔膜及复合非对称膜三种。 无机膜的制备方法与材料和种类、膜的结构及孔径 范围密切相关。有多种制膜工艺：悬浮粒子法、溶 胶-凝胶（Sol-gel）法、阳极氧化法、化学气相沉 积法（CVD）、分相法和水热合成法等。 致密膜为金属或固体电解质膜。钯等金属膜的主要 制备方法有电镀法、化学镀法、化学气相沉积法， 浇铸及辗压法以及物理气相沉积法。膜厚为几个微 米至几个毫米。氧化物致密膜常采用挤出和等静压 法成型，其制备过程包括粉料制备、成型和干燥烧 结三个基本步骤。
（1）浸沉凝胶相转化制膜工艺
是制造皮层与支援层同时形成的非对称反渗透膜的各种制 膜工艺中最重要的一种方法。浸沉凝胶法制备的反渗透膜 在形态结构上具有非对称性，它是Loab和Sourirajan在 1960年研究醋酸纤维素反渗透膜时发现的，后人称之为LS法。 L-S法制膜工艺首先将膜材料与溶剂等配制成一个均匀的 高分子浓溶液（称铸膜液Casting Solution），然后将铸 膜液倾浇在一支撑物（职平板玻璃或聚酯无纺布）上，用 刮刀使它成一均匀薄层。该层厚度一般在50~500nm。随 即将其同玻璃板一起放入一个液体槽（凝胶槽）中，槽中 液体（凝胶液） 对铸膜液中膜材料是不溶的，而对溶剂 等则是互溶的。在槽中，铸膜液中溶剂不断向凝胶液扩散， 而与此同时凝胶液也不断扩散进入铸膜液中，当这种双向 扩散进行到一定程度后，原来附在玻璃上的一薄层铸膜液 就通过凝胶过程变成一张高分子薄膜了。
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2）存在基片-气氛、设备-气氛间反应，影响基片及设备性能及寿命； 3）设备复杂，工艺控制难度较大。
化学反应的主控参数：设 气备 体参 参数 数： ：真 流空 量室 、构 组型 分、 、基 温片 度放 、置 分及 压回 。转 。方 。式。。。
主要应用场合：半表导面体处工理业技术半换导能高装体器硬饰、件耐膜介膜磨层电层膜：膜：层TiN层太：：阳TiCI能II、电- VT池i族N非、、晶SIIiCSiV膜I族，等成半本导 体薄膜
材料科学与工程学院 2008©
Thin Film Materials & Technologies
2 薄膜沉积的化学方法
2.2 化学气相沉积（CVD，Chemical Vapor Deposition）
主要优势：1）能形成多种金属、非金属和化合物薄膜；
2）组分易于控制，易获得理想化学计量比，薄膜纯度高； 3）成膜速度快、工效高（沉积速率 >>PVD、单炉处理批量大）； 4）沉积温度高、薄膜致密、结晶完整、表面平滑、内部残余应力低； 5）沉积绕射性好，可在复杂不规则表面（深孔、大台阶）沉积；
1）反应气体：热稳定性较好的卤化物、羟基化合物、卤氧化物等 + 还原性气体。
2）典型反应：
■ H2还原SiCl4外延制备单晶Si薄膜： SiCl4 (g) + 2H2 (g) Si (s) + 4HCl (g) 1200℃ ■ 六氟化物低温制备难熔金属W、Mo薄膜： WF6 (g) + 3H2 (g) W (s) + 6HF (g) 300℃
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薄膜材料与技术
材料科学与工程学院 2008©
2 薄膜沉积的化学方法
2.2 化学气相沉积（CVD）
2.2.1 CVD的主要化学反应类型
Thin Film Materials & Technologies
热解 反应
Байду номын сангаас
还原 反应
氧化 反应
置换 反应
歧化 反应
输运 反应
二、还原反应：薄膜由气体反应物的还原反应产物沉积而成。
消耗基体（部分基体转为薄膜） 覆盖基体（薄膜物质完全外来）
西安理工大学
Xi'an University of Technology
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薄膜材料与技术
材料科学与工程学院 2008©
Thin Film Materials & Technologies
2 薄膜沉积的化学方法
2.2 化学气相沉积（CVD，Chemical Vapor Deposition）
概 念：气态反应物在一定条件下，通过化学反应，将反应形成的固相产物沉积于基片表面，
形成固态薄膜的方法。
基本特征：由反应气体通过化学反应沉积实现薄膜制备！
设备的基本构成：
气体输运
气相反应 去除副产品 （薄膜沉积）
西安理工大学
Xi'an University of Technology
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薄膜材料与技术
■ 有机金属化合物沉积高熔点陶瓷薄膜： 2Al(OC3H7)3 (g) Al2O3(s)+6C3H6(g)+3H2O(g) 420℃
异丙醇铝
Tm≈2050℃ 丙烯
■ 单氨络合物制备氮化物薄膜： AlCl3·NH3 (g) AlN (s) + 3HCl (g) 800-1000℃
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2 薄膜沉积的化学方法
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概 念：薄膜制备过程中，凡是需要在一定化学反应发生的前提下完成薄膜制备的
技术方法，统称为薄膜沉积的化学方法。
条
件：化学反应需要能量输入和诱发
热激活作用：CVD、热生长 电化学作用：电镀、阳极氧化处理
优、缺点：设备简单、成本较低、甚至无需真空环境即可进行；
设 备：通常在传统的氧化炉中进行。
主要应用：制备SiO2薄膜（用于Si器件制备）
热生长设备及原理示意图
绝缘性质 电子器件绝缘
有用的薄膜性质：半导体性质 电子线路
钝化特性 防腐用途
－Bi 2O3 热生长氧化铋薄膜－Bi 2O3
－Bi 2O3
367℃ 蒸汽作用： 调节氧分压
生长与沉积的区别：生沉长积
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薄膜材料与技术 Thin Film Materials & Technologies
武涛 副教授 2012年 秋季学期
西安理工大学
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薄膜材料与技术
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氧化 反应
置换 反应
歧化 反应
输运 反应
一、热解反应：薄膜由气体反应物的热分解产物沉积而成。
1）反应气体：氢化物、羰基化合物、有机金属化合物等。
2）典型反应：
■ 硅烷沉积多晶Si和非晶Si薄膜： SiH4 (g) Si (s) + 2H2 (g) 650~1100 ℃
■ 羰基金属化合物低温沉积稀有金属薄膜： Ni(CO)4 (g) Ni (s) + 4CO (g) 140~240℃ Pt(CO)2Cl2 (g) Pt (s) + 2CO (g) + Cl2 (g) 600℃
材料科学与工程学院 2008©
2 薄膜沉积的化学方法
2.1 热生长
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概 念：指在充气环境下，通过加热基片的方式
直接获得氧化物、氮化物或碳化物薄膜 的方法。
Me＋O2 加热MexOy
特 点：非常用技术
主要用于生长金属或半导体的氧化物薄膜
西安理工大学
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2 薄膜沉积的化学方法
2.2 化学气相沉积（CVD）
2.2.1 CVD的主要化学反应类型
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热解 反应
还原 反应
化学制备、工艺控制复杂、有可能涉及高温环境。
气相反应方法
化学气相沉积（CVD ） 热生长
分
类：
液相反应方法
电化学沉积
电镀 阳极氧化
溶液化学反应
化学镀 溶胶凝胶法
L - B 技术
本章内容以CVD 为主
西安理工大学
Xi'an University of Technology
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