用化学气相沉积CVD法制备薄膜材料

化学气相沉积
金属有机物 CVD(MOCVD)
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常用CVD技术： 沉积方式
常压化学气相沉积
优点
反应器结构简单 沉积速率快 低温沉积 高纯度 阶梯覆盖能力极佳 产量高 适合于大规模生产 低温制程 高沉积速率 阶梯覆盖性好
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缺点
阶梯覆盖能差 粒子污染 高温沉积 低沉积速率 化学污染 粒子污染
低压化学气相沉积
等离子化学气相沉积
CVD技术的反应原理
热分解反应 氧化还原反应 化学合成反应 化学输运反应 等离子体增强反应 其他能源增强反应
Cd(CH3 )2 +H2S CdS+2CH4
4750C
SiH4 +2O2 SiO2 +2H2O
750 C 3SiH4 +4NH3 SiN4 +12H2
80年代低压 CVD成膜技术 成为研究热潮
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2 CVD的基本概念及原理
化学气相沉积（CVD）：
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。
6 2 4500 C
300~5000 C
SiCl4 2H 2 Si 4HCl
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1150~12000 C
化学合成反应：
由两种或两种以上的反应原料气在沉积反应器中相互作用合成得到所需要 的无机薄膜或其它材料形式的方法。与热分解法比，这种方法的应用更为 广泛，因为可用于热分解沉积的化合物并不很多，而无机材料原则上都可 以通过合适的反应合成得到。
~1000℃ CH 4 600 C 2H 2
~850℃ Si(OC2 H5 )4 750 SiO2 4C2 H4 2H2O
~675℃ Ga(CH3 )3 AsH3 630 GaAs 3CH 4
金属有机化合物的热分解：
氢化物和金属有机化合物体系的热分解
3SiCl4 N2 4H 2 SiN4 12HCl
3SiH4 4NH3 SiN4 12H2
7500 C
850~9000 C
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化学输运反应：
把所需要沉积的物质作为源物质，使之与适当的气体介质发生反应并形成一 种气态化合物。这种气态化合物经化学迁移或物理载带而输运到与源区温度 不同的沉积区，再发生逆向反应生成源物质而沉积出来。这样的沉积过程称 为化学输运反应沉积。也有些原料物质本身不容易发生分解，而需添加另一 种物质（称为输运剂）来促进输运中间气态产物的生成。
2SiH 4 2B2 H6 15O2 2B2O3 10H 2O Al2 (CH3 )6 12O2 Al2O3 9H 2O 6CO2
氢还原法是制取高纯度金属膜的好方法，工艺温度较低，操作简单，因此有 3000 C 很大的实用价值。 WF 3H W 6HF
反应易于控制。
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CVD技术分类：
CVD技术
低压CVD（LPCVD）
按 沉 积 中 是 否 含 有 化 学 反 应 分 类
常压CVD（APCVD））
按 反 应 类 型 或 压 力 分 类
物理气相沉积
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)
其他气态络合物及复合物的热分解
140 ~ 240℃ Ni(CO)4 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Ni 4CO
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氧化还原反应：
一些元素的氢化物及有机烷基化合物常常是气态的或者是易于挥发的液体或 固体，CVD技术中如果同时通入氧气，在反应器中发生氧化反应时就沉积出 相应于该元素的氧化物薄膜。 0 325~475 C SiH 4 2O2 SiO2 2H 2O
用化学气相沉积（CVD） 法制备薄膜材料
演讲人：肖骐 学号：2140120419
目 录
1 2 3 4 化学气相沉积方法发展简史 CVD的基本概念及原理 CVD合成工艺 CVD制造薄膜技术的介绍
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1 化学气相沉积方法发展简史
20世纪50年代 主要用于道具 涂层 古人类在取暖 或烧烤时利用 岩洞壁或岩石 上的黑色碳层 近年来PECVD 、LCVD等高 速发展 20世纪60-70 年代用于集成 电路
SiH 4 xN 2O SiOx (或SiOx H y ) ......
~350 C SiH 4 xNH 3 SiN x (或SiN x H y ) .........
T2 2Hg ( g ) S2 ( g ) 2HgS (s) 2I 2 ( g ) T1
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等离子体增强反应：
在低真空条件下，利用 RF 、 MW或 ECR 等方法实现气体辉光放电在沉积反 应器中产生等离子体。由于等离子体中正离子、电子和中性反应分子相互 碰撞，可以大大降低沉积温度。例如硅烷和氨气的反应在通常条件下，约 在850℃左右反应并沉积氮化硅，但在等离子体增强反应的条件下，只需在 350℃左右就可以生成氮化硅。
从气相中析出的固体的形态主要有：在固体表面上生成薄膜、晶须和晶粒， 在气体中生成粒子。
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CVD技术要求：
反应剂在室温或不太高的温度下最好是气态或有较高的蒸气压而易于挥发成 蒸汽的液态或固态物质，且有很高的纯度； 通过沉积反应易于生成所需要的材料沉积物，而其他副产物均易挥发而留在 气相排出或易于分离；
0
325~4750C
WI6 (g) W(s)+3I2 (g) 0
~3000 C
14000C
~350 C SiH4 a-Si(H)+2H2
0
激光束 W(CO)6 W+6CO
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热分解反应：
在真空或惰性气氛下将衬底加热到一定温度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。 氢化物分解：