化學(xué)氣相沉積.ppt

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1、化學(xué)氣相沉積第三章基本概念化學(xué)氣相沉積發(fā)展歷程化學(xué)氣相沉積基本原理化學(xué)氣相沉積合成方法的適用范圍化學(xué)氣相沉積工藝及設(shè)備化學(xué)氣相沉積工藝參數(shù)化學(xué)氣相沉積方法應(yīng)用舉例目錄2基本概念3化學(xué)氣相沉積乃是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的方式，利用加熱、等離子激勵(lì)或光輻射等各種能源，在反應(yīng)器內(nèi)使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學(xué)物質(zhì)在氣相或氣固界面上經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成固態(tài)沉積物的技術(shù)。從氣相中析出的固體的形態(tài)主要有下列幾種：在固體表面上生成薄膜、晶須和晶粒在氣體中生成粒子4CVD技術(shù)的基本要求為適應(yīng)CVD技術(shù)的需要，選擇原料、產(chǎn)物及反應(yīng)類型等通常應(yīng)滿足以下幾

2、點(diǎn)基本要求：(1)反應(yīng)劑在室溫或不太高的溫度下最好是氣態(tài)或有較高的蒸氣壓而易于揮發(fā)成蒸汽的液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，且有很高的純度；(2)通過(guò)沉積反應(yīng)易于生成所需要的材料沉積物，而其他副產(chǎn)物均易揮發(fā)而留在氣相排出或易于分離；(3)反應(yīng)易于控制。5CVD技術(shù)的特點(diǎn)CVD技術(shù)是原料氣或蒸汽通過(guò)氣相反應(yīng)沉積出固態(tài)物質(zhì)，因此把CVD技術(shù)用于無(wú)機(jī)合成和材料制備時(shí)具有以下特點(diǎn)：（1）沉積反應(yīng)如在氣固界面上發(fā)生則沉積物將按照原有固態(tài)基底（又稱襯底）的形狀包覆一層薄膜。（2）涂層的化學(xué)成分可以隨氣相組成的改變而改變從而獲得梯度沉積物或得

3、到混合鍍層。6（3）采用某種基底材料，沉積物達(dá)到一定厚度以后又容易與基底分離，這樣就可以得到各種特定形狀的游離沉積物器具。（4）在CVD技術(shù)中也可以沉積生成晶體或細(xì)粉狀物質(zhì)，或者使沉積反應(yīng)發(fā)生在氣相中而不是在基底表面上，這樣得到的無(wú)機(jī)合成物質(zhì)可以是很細(xì)的粉末，甚至是納米尺度的微粒稱為納米超細(xì)粉末。（5）CVD工藝是在較低壓力和溫度下進(jìn)行的，不僅用來(lái)增密炭基材料，還可增強(qiáng)材料斷裂強(qiáng)度和抗震性能，且是在較低壓力和溫度下進(jìn)行的。7CVD技術(shù)的分類CVD技術(shù)根據(jù)反應(yīng)類型或者壓力可分為8常用三種CVD技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)沉積方式優(yōu)

4、點(diǎn)缺點(diǎn)APCVD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單沉積速率快低溫沉積階梯覆蓋能差粒子污染LPCVD高純度階梯覆蓋能力極佳產(chǎn)量高適合于大規(guī)模生產(chǎn)高溫沉積低沉積速率PECVD低溫制程高沉積速率階梯覆蓋性好化學(xué)污染粒子污染(1)常壓化學(xué)氣相沉積、(2)低壓化學(xué)氣相沉積、(3)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。常用的CVD技術(shù)有9化學(xué)氣相沉積發(fā)展10古人類在取暖或燒烤時(shí)在巖洞壁或巖石上的黑色碳層20世紀(jì)50年代主要用于道具涂層80年代低壓CVD成膜技術(shù)成為研究熱潮近年來(lái)PECVD、LCVD等高速發(fā)展20世紀(jì)60-70年代用于集成電路11化學(xué)氣相沉

5、積法原理12CVD是一種材料表面改性技術(shù)。它利用氣相間的反應(yīng)，在不改變基體材料的成分和不削弱的基體材料的強(qiáng)度條件下，賦予材料表面一些特殊的性能。CVD是建立在化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)上的，要制備特定性能材料首先要選定一個(gè)合理的沉積反應(yīng)。用于CVD技術(shù)的通常有如下所述五種反應(yīng)類型。1.CVD技術(shù)的反應(yīng)原理13熱分解反應(yīng)氧化還原反應(yīng)化學(xué)合成反應(yīng)化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)等離子增強(qiáng)反應(yīng)其他能源增強(qiáng)增強(qiáng)反應(yīng)14(1)熱分解反應(yīng)熱分解反應(yīng)是最簡(jiǎn)單的沉積反應(yīng)，利用熱分解反應(yīng)沉積材料一般在簡(jiǎn)單的單溫區(qū)爐中進(jìn)行，其過(guò)程通常是首先在真空或惰性氣氛下將襯底

6、加熱到一定溫度，然后導(dǎo)入反應(yīng)氣態(tài)源物質(zhì)使之發(fā)生熱分解，最后在襯底上沉積出所需的固態(tài)材料。熱分解發(fā)可應(yīng)用于制備金屬、半導(dǎo)體以及絕緣材料等。最常見(jiàn)的熱分解反應(yīng)有四種。（a）氫化物分解（b）金屬有機(jī)化合物的熱分解（c）氫化物和金屬有機(jī)化合物體系的熱分解（d）其他氣態(tài)絡(luò)合物及復(fù)合物的熱分解15(2)氧化還原反應(yīng)沉積一些元素的氫化物有機(jī)烷基化合物常常是氣態(tài)的或者是易于揮發(fā)的液體或固體，便于使用在CVD技術(shù)中。如果同時(shí)通入氧氣，在反應(yīng)器中發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)就沉積出相應(yīng)于該元素的氧化物薄膜。例如：16許多金屬和半導(dǎo)體的鹵化物是氣

7、體化合物或具有較高的蒸氣壓，很適合作為化學(xué)氣相沉積的原料，要得到相應(yīng)的該元素薄膜就常常需采用氫還原的方法。氫還原法是制取高純度金屬膜的好方法，工藝溫度較低，操作簡(jiǎn)單，因此有很大的實(shí)用價(jià)值。例如：17(3)化學(xué)合成反應(yīng)沉積化學(xué)合成反應(yīng)沉積是由兩種或兩種以上的反應(yīng)原料氣在沉積反應(yīng)器中相互作用合成得到所需要的無(wú)機(jī)薄膜或其它材料形式的方法。這種方法是化學(xué)氣相沉積中使用最普遍的一種方法。與熱分解法比，化學(xué)合成反應(yīng)沉積的應(yīng)用更為廣泛。因?yàn)榭捎糜跓岱纸獬练e的化合物并不很多，而無(wú)機(jī)材料原則上都可以通過(guò)合適的反應(yīng)合成得到。18(

8、4)化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)沉積把所需要沉積的物質(zhì)作為源物質(zhì)，使之與適當(dāng)?shù)臍怏w介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并形成一種氣態(tài)化合物。這種氣態(tài)化合物經(jīng)化學(xué)遷移或物理載帶而輸運(yùn)到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，再發(fā)生逆向反應(yīng)生成源物質(zhì)而沉積出來(lái)。這樣的沉積過(guò)程稱為化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)沉積。其中的氣體介質(zhì)成為輸運(yùn)劑，所形成的氣態(tài)化合物稱為輸運(yùn)形式。這類反應(yīng)中有一些物質(zhì)本身在高溫下會(huì)汽化分解然后在沉積反應(yīng)器稍冷的地方反應(yīng)沉積生成薄膜、晶體或