化學氣相沉積CVD課件.ppt

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1、上海交通大學化學氣相沉積（CVD）★化學氣相沉積的基本原理★化學氣相沉積的特點★CVD方法簡介★低壓化學氣相沉積（LPCVD）★等離子體化學氣相沉積★其他CVD方法概念化學氣相沉積（CVD）是一種化學氣相生長法。把含有構成薄膜元素的一種或幾種化合物的單質氣體供給基片，利用加熱、等離子體、紫外光以及激光等能源，借助氣相作用或在基板表面的化學反應（熱分解或化學合成）生長形成固態(tài)的薄膜。CVD法可制備薄膜、粉末、纖維等材料，用于很多領域，如半導體工業(yè)、電子器件、光子及光電子工業(yè)等。CVD法實際上很早就有應用，

2、用于材料精制、裝飾涂層、耐氧化涂層、耐腐蝕涂層等。CVD法一開始用于硅、鍺精制上，隨后用于適合外延生長法制作的材料上。表面保護膜一開始只限于氧化膜、氮化膜等，之后添加了由Ⅲ、Ⅴ族元素構成的新的氧化膜，最近還開發(fā)了金屬膜、硅化物膜等。以上這些薄膜的CVD制備法為人們所注意。CVD法制備的多晶硅膜在器件上得到廣泛應用，這是CVD法最有效的應用場所。CVD法發(fā)展歷程1880s，第一次應用于白熾燈，提高燈絲強度；同時誕生許多專利接下來50年，發(fā)展較慢，主要用于高純難熔金屬的制備，如Ta、Ti、Zr等二戰(zhàn)末期，發(fā)

3、展迅速1960年，用于半導體工業(yè)1963年，等離子體CVD用于電子工業(yè)1968年，CVD碳化物涂層用于工業(yè)應用1980s,CVD法制備DLC膜1990s，金屬-有機CVD快速發(fā)展CVD可以制備單晶、多相或非晶態(tài)無機薄膜，以及金剛石薄膜、高Tc超導薄膜、透明導電薄膜以及某些敏感功能薄膜。CVD技術分類:按淀積溫度：低溫（200～500℃）、中溫（500～1000℃）和高溫（1000～1300℃）按反應器內的壓力：常壓和低壓按反應器壁的溫度：熱壁和冷壁按反應激活方式：熱激活和冷激活CVD裝置的主要部分：反應

4、氣體輸入部分、反應激活能源供應部分和氣體排出部分。化學氣相沉積——基本原理★化學氣相沉積的基本原理化學氣相沉積的基本原理是以化學反應為基礎化學氣相沉積是利用氣態(tài)物質通過化學反應在基片表面形成固態(tài)薄膜的一種成膜技術?；瘜W氣相沉積（CVD）——ChemicalVaporDepositionCVD反應是指反應物為氣體而生成物之一為固體的化學反應。CVD完全不同于物理氣相沉積（PVD）CVD和PVD化學氣相沉積——基本原理化學氣相沉積——基本原理最常見的幾種CVD反應類型有：熱分解反應、化學合成、化學輸運反應等

5、。熱分解反應（吸熱反應，單一氣源）通式：主要問題是源物質的選擇（固相產物與薄膜材料相同）和確定分解溫度。該方法在簡單的單溫區(qū)爐中，在真空或惰性氣體保護下加熱基體至所需溫度后，導入反應物氣體使之發(fā)生熱分解，最后在基體上沉積出固體涂層?；瘜W氣相沉積——基本原理（1）氫化物H-H鍵能小，熱分解溫度低，產物無腐蝕性。（2）金屬有機化合物M-C鍵能小于C-C鍵，廣泛用于沉積金屬和氧化物薄膜。金屬有機化合物的分解溫度非常低，擴大了基片選擇范圍以及避免了基片變形問題。三異丙氧基鋁化學氣相沉積——基本原理（3）氫化物和

6、金屬有機化合物系統(tǒng)廣泛用于制備化合物半導體薄膜。（4）其它氣態(tài)絡合物、復合物（貴金屬、過渡金屬沉積）羰基化合物：單氨絡合物：化學氣相沉積——基本原理化學合成反應（兩種或兩種以上氣源）化學合成反應是指兩種或兩種以上的氣態(tài)反應物在熱基片上發(fā)生的相互反應。(1)最常用的是氫氣還原鹵化物來制備各種金屬或半導體薄膜；(2)選用合適的氫化物、鹵化物或金屬有機化合物來制備各種介質薄膜?；瘜W合成反應法比熱分解法的應用范圍更加廣泛?？梢灾苽鋯尉?、多晶和非晶薄膜。容易進行摻雜?；瘜W氣相沉積——基本原理①還原或置換反應②氧化

7、或氮化反應③水解反應原則上可制備任一種無機薄膜。化學氣相沉積——基本原理化學輸運反應將薄膜物質作為源物質（無揮發(fā)性物質），借助適當的氣體介質（輸運劑）與之反應而形成氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物經過化學遷移或物理輸運到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，在基片上再通過逆反應使源物質重新分解出來，這種反應過程稱為化學輸運反應。源區(qū)沉積區(qū)源區(qū)沉積區(qū)源區(qū)沉積區(qū)化學氣相沉積——基本原理化學輸運反應條件：不能太大；平衡常數KP接近于1?；瘜W輸運反應判據：設源為A（固態(tài)），輸運劑為XB(氣體化合物，輸運反應通式為：源區(qū)沉積區(qū)化學氣

8、相沉積——基本原理根據熱力學分析可以指導選擇化學反應系統(tǒng)，估計輸運溫度。首先根據選擇的反應體系，確定與溫度的關系，選擇的反應體系。如果條件滿足，說明所選反應體系是合適的。大于0的溫度T1（源區(qū)溫度）；小于0的溫度T2（沉積區(qū)溫度）。根據以上分析，確定合適的溫度梯度，可得有效輸運。化學氣相沉積——基本原理CVD法的共同特點：1、反應式總可寫成2、這些反應是可逆的，對過程作必要的熱力學分析有助于了解CVD反應的過程。CVD的化學反應熱力學CVD