化学气相沉积ppt

CVD的发展
• 化学气相沉积的古老原始形态可以追朔到古人类在取 暖或烧烤时熏在岩洞壁或岩石上的黑色碳层。
• 作为现代CVD技术发展的开始阶段在20世纪50年代主 要着重于刀具涂层的应用。
• 从20世纪60～70年代以来由于半导体和集成电路技术 发展和生产的需要，CVD技术得到了更迅速和更广泛 的发展。
• 目前，CVD反应沉积温度的低温化是一个发展方向；
• 金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)是一种中温进行的 化学气相沉积技术，采用金属有机物作为沉积的反应物， 通过金属有机物在较低温度的分解来实现化学气相沉积。
• 近年来发展的等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)也 是一种很好的方法，最早用在用有机硅在半导体材料的 基片上沉积SiO2。PECVD将沉积温度从1000℃降到600℃ 以下，最低的只有300℃左右。
• 在集成电路生产中更广泛的使用CVD技术沉积各种掺杂的 半导体单晶外延薄膜、多晶硅薄膜、半绝缘的掺氧多晶硅 薄膜；
• 在制造各类特种半导体器件中，采用CVD技术生长发光器 件中的磷砷化镓、氮化镓外延层等也占有很重要的地位。
CVD技术的基本要求
• 为适应CVD技术的需要，选择原料、产物及反应类型 等通常应满足以下几点基本要求：
化学气相沉积ppt
9.1 化学气相沉积合成方法发展
CVD的概念
• 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。
• 化学气相沉积的英文词原意是化学蒸汽沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD），因为很多反应物质在通常条 件下是液态或固态，经过汽化成蒸汽再参与反应的。
• （3）采用某种基底材料，沉积物达到一定厚度以后又 容易与基底分离，这样就可以得到各种特定形状的游离 沉积物器具。
• （4）在CVD技术中也可以沉积生成晶体或细粉状物质， 或者使沉积反应发生在气相中而不是在基底表面上，这 样得到的无机合成物质可以是很细的粉末，甚至是纳米 尺度的微粒称为纳米超细粉末。
• 此外，化学气相沉积制膜技术还有射频加热化学气相 沉 积 (RF/CVD) 、 紫 外 光 能 量 辅 助 化 学 气 相 沉 积 (UV/CVD)等其它新技术不断涌现。
CVD技术的应用
• CVD技术不仅成为半导体超纯硅原料-超纯多晶硅生产的唯 一方法，而且也是硅单晶外延、砷化镓半导体单晶外延的 基本生产方法。
• 继Nelson后，美国S. D. Allen，Hagerl等许多学者采用几 十瓦功率的激光器沉积SiC、Si3N4等非金属膜和Fe、Ni、 W、Mo等金属膜和金属氧化物膜。
• 前苏联Deryagin Spitsyn和Fedoseev等在20世纪70年代引 入原子氢开创了激活低压CVD金刚石薄膜生长技术，80 年代在全世界形成了研究热潮，也是CVD领域一项重大 突破。CVD技术由于采用等离子体、激光、电子束等辅 助方法降低了反应温度，使其应用的范围更加广阔。
高密度等离子体CVD(HDPCVD)
快热CVD(RTCVD)
金属有机物CVD(MOCVD)
常用的CVD技术有
• (1)常压化学气相沉积、(2)低压化学气相沉积、(3)等离子体增强化学气相沉积。 表9.2 三种CVD方法的优缺点
• 中国CVD技术生长高温超导体薄膜和CVD基础理论方面 取得了一些开创性成果。
• 1990年以来中国在激活低压CVD金刚石生长热力学方面， 开拓了非平衡状态相图及其计算的新领域，第一次真正 从理论和实验对比上定量化的证实反自发方向的反应可 以进行。
• Blocher 在 1997 年 称 赞 中 国 的 低 压 CVD(low pressure chemical vapor deposition,LPCVD)模拟模型的信中说： “这样的理论模型研究不仅仅在科学意义上增进了这项 工艺技术的基础性了解，而且引导在微电子硅片工艺应 用中生产效率的显著提高。”
• (1)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；
• (2)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；
• (3)反应易于控制。
CVD技术的特点
CVD技术是原料气或蒸汽通过气相反应沉积出固态物质， 因此把CVD技术用于无机合成和材料制备时具有以下特 点： • （1）沉积反应如在气固界面上发生则沉积物将按照原 有固态基底（又称衬底）的形状包覆一层薄膜。 • （2）涂层的化学成分可以随气相组成的改变而改变从 而获得梯度沉积物或得到混合镀层
• （5）CVD工艺是在较低压力和温度下进行的，不仅用 来增密炭基材料，还可增强材料断裂强度和抗震性能是 在较低压力和温度下进行的。
CVD技术的Baidu Nhomakorabea类
• CVD技术根据反应类型或者压力可分为 低压CVD(LPCVD)
常压CVD(APCVD)
亚常压CVD(SACVD)
CVD技术
超高真空CVD(UHCVD) 等离子体增强CVD(PECVD)
• 随着激光的广泛应用，激光在气相沉积上也都得到利用， 激光气相沉积(LCVD)通常分为热解LCVD和光解LCVD 两类，主要用于激光光刻、大规模集成电路掩膜的修正 以及激光蒸发-沉积；
• 在向真空方向发展方面，出现了超高真空/化学气相沉积 (UHV/CVD)法。
• 这是一种制造器件的半导体材料的系统，生长温度低 (425～600℃)，但真空度要求高，其主要优点是能实现 多片生长。
• 在集成电路及半导体器件应用的CVD技术方面，美国 和日本，特别是美国占有较大的优势。
• 日本在蓝色发光器件中关键的氮化镓外延生长方面取 得突出进展，以实现了批量生产。
• 1968年K. Masashi等首次在固体表面用低汞灯在P型单 晶硅膜，开始了光沉积的研究。
• 1972年Nelson和Richardson用CO2激光聚焦束沉积出碳 膜，从此发展了激光化学气相沉积的工作。