薄膜的化学气相沉积II
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反应特点： 1、GeI2和GeI4中的Ge分别是以+2价和+4价存在的； 2、提高温度有利于GeI2的生成。
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2 G e I2 (g ) G e ( s ) G e I4 (g )
可以利用调整反应室的温度，实现Ge的转移和沉 积，具体做法是：
1、在高温（600°C）时让GeI4气体通过Ge而 形成GeI2；
2. 可以有效地控制薄膜的化学成分； 3. 低的设备和运转成本； 4. 与其他相关工艺具有较好的相容性等。
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第一节 化学气相沉积所涉及的化学反 应类型
一、热解反应
二、还原反应 三、氧化反应 四、置换反应 五、岐化反应
CVD是建立在化学反应 基础上的，要制备特定 性能材料首先要选定一 个合理的沉积反应。用 于CVD技术的通常有如 下所述6种反应类型。
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应用范围包括：
1.固体电子器件、光电子器件所需的各种薄膜； 2.轴承和工具的耐磨涂层； 3.发动机或核反应堆部件的调温防护涂层等。
在高质量的半导体晶体外延(epitaxy)技术以 及各种绝缘材料薄膜的制备中大量使用化学气 相沉积技术。
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优点：
1. 可以用于各种高纯晶态、非晶态的金 属、半导体、化合物薄膜的制备；
只要所需物质的反应先驱物可以气态存在 并且具有反应活性，就可以利用化学气相沉 积的方法沉积其化合物。
如各种碳、氮、硼化物的沉积 S i C l 4 ( g ) C H 4 ( g ) S i C ( s ) 4 H C l ( g ) （1400°C） （4-8）
3 S i C l 2 H 2 ( g ) 4 N H 3 ( g ) S i 3 N 4 ( s ) 6 H 2 ( g ) 6 H C l ( g ) （750°C） （4-9）
如：SiH4热解沉积多晶Si和非晶Si的反应 S iH 4 (g ) S i(s ) 2 H 2 (g )(650°C) （4-1）
在传统的镍提纯过程中使用的羰基镍（nickel）热解生成金属Ni N i( C O ) 4 ( g ) N i( s ) 4 C O ( g )(180°C) (4-2)
即由一个固相和几个气相组成反应式；
（2）这些反应往往是可逆的，因而热力学的分 析对于了解CVD反应的过程是很有意义的。
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五、岐化(deviation)反应
某些元素具有多种气态化合物，其稳定性 各不相同，外界条件的变化往往可促使一种 化合物转变为稳定性较高的另一种化合物。
可利用岐化反应实现薄膜的沉积，如 2 G e I2 (g ) G e ( s ) G e I4 (g )（300-600°C） （4-11）
• 化学气相沉积乃是通过化学反应的方式，利用 加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反 应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或 气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。
• 简单来说就是：两种或两种以上的气态原材料 导入到一个反应室内,然后他们相互之间发生 化学反应，形成一种新的材料，沉积到基片表 面上。
说明：适用于作为还原剂的气教态学p物pt质中H2最容易得到，因而利用 8 得最多的是H2。
三、氧化(oxidation)反应
与还原反应相反，利用O2作为氧化剂对SiH4进 行的氧化反应为
S i H 4 ( g ) O 2 ( g ) S i O 2 ( s ) 2 H 2 ( g )
另外，还可Βιβλιοθήκη Baidu利用
S i C l 4 ( g ) 2 H 2 ( g ) O 2 ( g ) S i O 2 ( s ) 4 H C l ( g )
实现SiO2的沉积。
这两种方法各应用于半导体绝缘层和光导纤维原料的 沉积。前者要求低的沉积温度，而后者的沉积温度可以 很高，但沉积速度要求较快。
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四、置换(combination)反应
六、气相运输
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一、热解反应 (thermal decomposition/dissociation)
热分解反应是最简单的沉积反应，利用热分解反 应沉积材料一般在简单的单温区炉中进行，其过 程通常是首先在真空或惰性气氛下将衬底加热到 一定温度，然后导入反应气态源物质使之发生热 分解，最后在衬底上沉积出所需的固态材料。热 分解发可应用于制备金属、半导体以及绝缘材料 等。
第四章 薄膜的化学气相沉积
(Chemical vapor deposition)
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第一节 化学气相沉积反应的类型 第二节 化学气相沉积过程的热力学 第三节 气体的输运特性 第四节 化学气相沉积装置 第五节 Sol—Gel工艺技术
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简介
化学气相沉积
（chemical vapor deposition, CVD）
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二、还原(reduction)反应
许多元素的卤化物、羟基化合物、卤氧 化物等虽然也可以气态存在，但它们具有 相当的热稳定性，因而需要采用适当的还 原剂才能将其置换出来。
如利用H2还原SiCl4制备单晶硅外延层的反应 S i C l 4 ( g ) 2 H 2 ( g ) S i ( s ) 4 H C l ( g )（1200°C） （4-3） 各种难熔金属如W、Mo等薄膜的制备反应 W F 6 ( g ) 3 H 2 ( g ) W ( s ) 6 H F ( g )（300°C） （4-4）
2 C d T e ( s ) 2 C d ( g ) T e 2 ( g )（T1，T2） （4-12）
在沉积装置中，处于较高温度T1的CdTe发生升华，并被 气体夹带输运到处于较低温度T2的衬底上发生冷凝沉积。
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CVD方法的共同特点是： （1）其反应式总可以写成
a A ( g ) b B ( g ) c C ( s ) d D ( g )
2、在低温（300°C）时让GeI2在衬底上岐化 反应生成Ge。
可以形成上述变价卤化物的元素包括： Al、B、Ga、In、Si、Ti、Zr、Be和Cr等。
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六、气相运输(vapor transportation)
当某一物质的升华温度不高时，可以利用 其升华和冷凝的可逆过程实现其气相沉积。 例如：
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2 G e I2 (g ) G e ( s ) G e I4 (g )
可以利用调整反应室的温度，实现Ge的转移和沉 积，具体做法是：
1、在高温（600°C）时让GeI4气体通过Ge而 形成GeI2；
2. 可以有效地控制薄膜的化学成分； 3. 低的设备和运转成本； 4. 与其他相关工艺具有较好的相容性等。
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第一节 化学气相沉积所涉及的化学反 应类型
一、热解反应
二、还原反应 三、氧化反应 四、置换反应 五、岐化反应
CVD是建立在化学反应 基础上的，要制备特定 性能材料首先要选定一 个合理的沉积反应。用 于CVD技术的通常有如 下所述6种反应类型。
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应用范围包括：
1.固体电子器件、光电子器件所需的各种薄膜； 2.轴承和工具的耐磨涂层； 3.发动机或核反应堆部件的调温防护涂层等。
在高质量的半导体晶体外延(epitaxy)技术以 及各种绝缘材料薄膜的制备中大量使用化学气 相沉积技术。
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优点：
1. 可以用于各种高纯晶态、非晶态的金 属、半导体、化合物薄膜的制备；
只要所需物质的反应先驱物可以气态存在 并且具有反应活性，就可以利用化学气相沉 积的方法沉积其化合物。
如各种碳、氮、硼化物的沉积 S i C l 4 ( g ) C H 4 ( g ) S i C ( s ) 4 H C l ( g ) （1400°C） （4-8）
3 S i C l 2 H 2 ( g ) 4 N H 3 ( g ) S i 3 N 4 ( s ) 6 H 2 ( g ) 6 H C l ( g ) （750°C） （4-9）
如：SiH4热解沉积多晶Si和非晶Si的反应 S iH 4 (g ) S i(s ) 2 H 2 (g )(650°C) （4-1）
在传统的镍提纯过程中使用的羰基镍（nickel）热解生成金属Ni N i( C O ) 4 ( g ) N i( s ) 4 C O ( g )(180°C) (4-2)
即由一个固相和几个气相组成反应式；
（2）这些反应往往是可逆的，因而热力学的分 析对于了解CVD反应的过程是很有意义的。
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五、岐化(deviation)反应
某些元素具有多种气态化合物，其稳定性 各不相同，外界条件的变化往往可促使一种 化合物转变为稳定性较高的另一种化合物。
可利用岐化反应实现薄膜的沉积，如 2 G e I2 (g ) G e ( s ) G e I4 (g )（300-600°C） （4-11）
• 化学气相沉积乃是通过化学反应的方式，利用 加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反 应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或 气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。
• 简单来说就是：两种或两种以上的气态原材料 导入到一个反应室内,然后他们相互之间发生 化学反应，形成一种新的材料，沉积到基片表 面上。
说明：适用于作为还原剂的气教态学p物pt质中H2最容易得到，因而利用 8 得最多的是H2。
三、氧化(oxidation)反应
与还原反应相反，利用O2作为氧化剂对SiH4进 行的氧化反应为
S i H 4 ( g ) O 2 ( g ) S i O 2 ( s ) 2 H 2 ( g )
另外，还可Βιβλιοθήκη Baidu利用
S i C l 4 ( g ) 2 H 2 ( g ) O 2 ( g ) S i O 2 ( s ) 4 H C l ( g )
实现SiO2的沉积。
这两种方法各应用于半导体绝缘层和光导纤维原料的 沉积。前者要求低的沉积温度，而后者的沉积温度可以 很高，但沉积速度要求较快。
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四、置换(combination)反应
六、气相运输
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一、热解反应 (thermal decomposition/dissociation)
热分解反应是最简单的沉积反应，利用热分解反 应沉积材料一般在简单的单温区炉中进行，其过 程通常是首先在真空或惰性气氛下将衬底加热到 一定温度，然后导入反应气态源物质使之发生热 分解，最后在衬底上沉积出所需的固态材料。热 分解发可应用于制备金属、半导体以及绝缘材料 等。
第四章 薄膜的化学气相沉积
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第一节 化学气相沉积反应的类型 第二节 化学气相沉积过程的热力学 第三节 气体的输运特性 第四节 化学气相沉积装置 第五节 Sol—Gel工艺技术
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简介
化学气相沉积
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二、还原(reduction)反应
许多元素的卤化物、羟基化合物、卤氧 化物等虽然也可以气态存在，但它们具有 相当的热稳定性，因而需要采用适当的还 原剂才能将其置换出来。
如利用H2还原SiCl4制备单晶硅外延层的反应 S i C l 4 ( g ) 2 H 2 ( g ) S i ( s ) 4 H C l ( g )（1200°C） （4-3） 各种难熔金属如W、Mo等薄膜的制备反应 W F 6 ( g ) 3 H 2 ( g ) W ( s ) 6 H F ( g )（300°C） （4-4）
2 C d T e ( s ) 2 C d ( g ) T e 2 ( g )（T1，T2） （4-12）
在沉积装置中，处于较高温度T1的CdTe发生升华，并被 气体夹带输运到处于较低温度T2的衬底上发生冷凝沉积。
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CVD方法的共同特点是： （1）其反应式总可以写成
a A ( g ) b B ( g ) c C ( s ) d D ( g )
2、在低温（300°C）时让GeI2在衬底上岐化 反应生成Ge。
可以形成上述变价卤化物的元素包括： Al、B、Ga、In、Si、Ti、Zr、Be和Cr等。
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六、气相运输(vapor transportation)
当某一物质的升华温度不高时，可以利用 其升华和冷凝的可逆过程实现其气相沉积。 例如：