化学气相沉积

SiO2 + 2H2
No. 13
一、化学气相沉积的原理
（4）歧化反应
2GeI2﹙g﹚
Ge﹙s,g﹚+GeI4﹙g﹚
（5）合成或置换反应 SiCl4﹙g ﹚+CH4 ﹙g﹚ SiC﹙g﹚+4HCl﹙g﹚
（6）化学传输25反0～应550℃ Zr的提纯：
1300～1400℃
Zr(s)+2I2(g) Zr(s)+2I2(g)
化学气相沉积
Chemical Vapor Deposition
制作：木子雨若
No. 1
化学气相沉积概述
一、化学气相沉积的原理 二、化学气相沉积的工艺方法 三、化学气相沉积的特点与应用 四、 PVD和CVD两种工艺的对比 五、化学气相沉积的新进展
No. 2
一、化学气相沉积的原理
定义：
化学气相沉积（Chemical vapor deposition)简称 CVD技术，是利用加热、等离子体激励或光辐射等方法， 从而形成所需要的固态薄膜或涂层的过程。
从理论上来说，它是很简单的：将两种或两种以上 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，沉积到基体表面上。
No. 3
一、化学气相沉积的原理
原理：
CVD是利用气态物质在固体表面进 行化学反应，生成固态沉积物的过程
三个步骤 1.产生挥发性物质 2.将挥发性物质运到沉积区 3.挥发性物质在基体上发生 化学反应
在这些过程中反应最慢的一步 决定了反应的沉积速率。
No. 6
一、化学气相沉积的原理
CVD化学反应原理的微观和宏观解释 1）微观方面：
反应物分子在高温下由于获得较高的能量得到 活化，内部的化学键松弛或断裂，促使新键生成从而形成 新的物质。 （2）宏观方面：
一个反应能够进行，则其反应吉布斯自由能 的变化（△G0）必为负值。可以发现，随着温度的升高， 有关反应的△G0值是下降的，因此升温有利于反应的自发 进行。并且对于同一生成物，采用不同的反应物，进行不 同的化学反应其温度条件是不同的，因此选择合理的反应 物是在低温下获得高质量涂层的关键。
No. 15ຫໍສະໝຸດ 二、化学气相沉积的工艺方法
以沉积TiC 为例，CVD 法沉积TiC 的装置示 意于图
No. 16
二、化学气相沉积的工艺方法
其中，工件11置于氢气保护下，加热到1000～1050℃， 然后以氢气10作载流气体把TiCl47和CH4气1带入炉内反 应室2中，使TiCl4中的钛与CH4中的碳（以及钢件表面的 碳）化合，形成碳化钛。反应的副产物则被气流带出室 外。 其沉积反应如下：
一、化学气相沉积的原理
• （2）还原反应 用氢、金属或基材作还 原剂还原气态卤化物，在衬底上沉积形 成纯金属膜或多晶硅膜。
• SiCl4+2Zn△ Si+2ZnCl2
No. 12
一、化学气相沉积的原理
• （3）氧化反应 含薄膜元素的化合物与 氧气一同进入反应器，形成氧化反应在 衬底上沉积薄膜。
• SiH4 +O2
ZrI4(g)
ZnSe单晶生长:
No. 14
二、化学气相沉积的工艺方法
不同的涂层，其工艺方法一般不相同。但他们有一些共性，即每一 个CVD系统都必须具备如下功能： ①将反应气体及其稀释剂通入反应器，并能进行测量和调节； ②能为反应部位提供热量，并通过自动系统将热量反馈至加热源， 以控制涂覆温度。 ③将沉积区域内的副产品气体抽走，并能安全处理。 此外，要得到高质量的CVD膜，CVD工艺必须严格控制好几个主要参 量： ①反应器内的温度。 ②进入反应器的气体或蒸气的量与成分。 ③保温时间及气体流速。 ④低压CVD必须控制压强。
No. 4
一、化学气相沉积的原理
CVD化学反应中须具备三个挥发性条件： （1）反应产物具有足够高的蒸气压 （2）除了涂层物质之外的其他反应产物必须是挥发性的 （3）沉积物具有足够低的蒸气压
No. 5
一、化学气相沉积的原理
化学气相沉积的反应过程
化学反应可在衬底表面或衬底表面 以外的空间进。 （1）反应气体向衬底表面扩散 （2）反应气体被吸附于衬底表面 （3）在表面进行化学反应、表面移 动、成核及膜生长 （4）生成物从表面解吸 （5）生成物在表面扩散
No. 7
一、化学气相沉积的原理
在CVD过程中，只有发生气相-固相交界面的反应才能 在基体上形成致密的固态薄膜。 CVD中的化学反应受到气 相与固相表面的接触催化作用，产物的析出过程也是由气 相到固相的结晶生长过程。在CVD反应中基体和气相间要 保持一定的温度差和浓度差，由二者决定的过饱和度产生 晶体生长的驱动力。
1、热分解 2、还原反应 3 氧化反应 4、歧化反应 5、合成或置换反应 6、化学传输反应
No. 10
一、化学气相沉积的原理
• （1）热分解反应 气态氢化物、羰基化 合物以及金属有机化合物与高温衬底表 面接触，化合物高温分解或热分解沉积 而形成薄膜。
•
SiH4800℃～1000℃ Si+2H2
No. 11
No. 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。
No. 17
零件在镀前应进行清洗和脱脂，还应在高温氩 气流中作还原处理。对于尺寸较大的工件为脱 除溶解在基体中的气体，增加镀层与基体的结 合力，还必须进行真空脱气。为了尽可能减少 变形，在镀前应预先淬火回火处理。
3、固态物质源
如：AlCl3、NbCl5、TaCl5、ZrCl4、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。
No. 9
一、化学气相沉积的原理
常见的反应类型