化學(xué)氣相沉積

1、關(guān)于化學(xué)氣相沉積現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共98頁 化學(xué)氣相沉積的基本原理 化學(xué)氣相沉積的特點 CVD方法簡介 低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）等離子體化學(xué)氣相沉積其他CVD方法本章主要內(nèi)容現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共98頁參考書目：1、唐偉忠，薄膜材料制備原理、技術(shù)及應(yīng)用（第2版），冶金工業(yè)出版社，20082、Hugh O. Pierson，Handbook of Chemical Vapor Deposition, Noyes Publications, 1999現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共98頁 化學(xué)氣相沉積（CVD）是一種化學(xué)氣相生長法。 把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物的單質(zhì)氣體供給基片，利用加熱、

2、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(xué)反應(yīng)（熱分解或化學(xué)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(lǐng)域，如半導(dǎo)體工業(yè)、電子器件、光子及光電子工業(yè)等。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共98頁 CVD法實際上很早就有應(yīng)用，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、族元素構(gòu)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(yīng)用，這是CVD法最有效的

3、應(yīng)用場所?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共98頁CVD法發(fā)展歷程 1880s，第一次應(yīng)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)展迅速 1960年，用于半導(dǎo)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(yīng)用 1980s, CVD法制備DLC膜 1990s，金屬-有機CVD快速發(fā)展現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共98頁 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(dǎo)薄膜、透明導(dǎo)電薄膜以及某些敏感功能薄膜。 CVD技術(shù)分類:按淀積溫度：低溫（200500）、中溫（500

4、 1000）和高溫（1000 1300）按反應(yīng)器內(nèi)的壓力：常壓和低壓按反應(yīng)器壁的溫度：熱壁和冷壁按反應(yīng)激活方式：熱激活和冷激活現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共98頁CVD裝置的主要部分：反應(yīng)氣體輸入部分、反應(yīng)激活能源供應(yīng)部分和氣體排出部分?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共98頁化學(xué)氣相沉積q 化學(xué)氣相沉積的基本原理是以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ) 化學(xué)氣相沉積是利用氣態(tài)物質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)在基片表面形成固態(tài)薄膜的一種成膜技術(shù)。 化學(xué)氣相沉積（CVD） Chemical Vapor Deposition CVD反應(yīng)是指反應(yīng)物為氣體而生成物之一為固體的化學(xué)反應(yīng)。 CVD完全不同于物理氣相沉積（PVD）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共98頁化學(xué)氣

5、相沉積q CVD和PVD現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共98頁化學(xué)氣相沉積 最常見的幾種CVD反應(yīng)類型有：熱分解反應(yīng)、化學(xué)合成、化學(xué)輸運反應(yīng)等。q 熱分解反應(yīng)（吸熱反應(yīng)，單一氣源）通式：( )( )( )QAB gA sB g 主要問題是源物質(zhì)的選擇（固相產(chǎn)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(dǎo)入反應(yīng)物氣體使之發(fā)生熱分解，最后在基體上沉積出固體涂層。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共98頁（1）氫化物700-100042SiH Si + 2H H-H鍵能小，熱分解溫度低，產(chǎn)物無腐蝕性。（2）金屬有機化合物420373233622Al(OC H

6、) Al O + 6C H + 3H O 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。化學(xué)氣相沉積三異丙氧基鋁 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁，共98頁化學(xué)氣相沉積（3）氫化物和金屬有機化合物系統(tǒng)630 6753 334Ga(CH ) + AsH GaAs + 3CH 4753 224Cd(CH ) + H S CdS + 2CH 廣泛用于制備化合物半導(dǎo)體薄膜。（4）其它氣態(tài)絡(luò)合物、復(fù)合物（貴金屬、過渡金屬沉積）600222Pt(CO) Cl Pt + 2CO + Cl 140-2404Ni(CO) Ni + 4CO

7、800-100033AlClNH AlN + 3HCl 羰基化合物：單氨絡(luò)合物：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共98頁化學(xué)氣相沉積q 化學(xué)合成反應(yīng)（兩種或兩種以上氣源） 化學(xué)合成反應(yīng)是指兩種或兩種以上的氣態(tài)反應(yīng)物在熱基片上發(fā)生的相互反應(yīng)。 (1) 最常用的是氫氣還原鹵化物來制備各種金屬或半導(dǎo)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(zhì)薄膜。 化學(xué)合成反應(yīng)法比熱分解法的應(yīng)用范圍更加廣泛。 可以制備單晶、多晶和非晶薄膜。容易進行摻雜?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共98頁化學(xué)氣相沉積 HCl4SiH2SiCl100024 OH5SiOOBO5HBSiH22324002624還原或置換反

8、應(yīng) 氧化或氮化反應(yīng) 水解反應(yīng) HCl6OAlOH3AlCl23223原則上可制備任一種無機薄膜。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁，共98頁化學(xué)氣相沉積q 化學(xué)輸運反應(yīng) 將薄膜物質(zhì)作為源物質(zhì)（無揮發(fā)性物質(zhì)），借助適當?shù)臍怏w介質(zhì)（輸運劑）與之反應(yīng)而形成氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物經(jīng)過化學(xué)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(yīng)使源物質(zhì)重新分解出來，這種反應(yīng)過程稱為化學(xué)輸運反應(yīng)。)()()()()()(222gIsZnSgIsZrgIsGe222221SZnIZrIGeI源區(qū)沉積區(qū)源區(qū)沉積區(qū)源區(qū)沉積區(qū)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共98頁化學(xué)氣相沉積化學(xué)輸運反應(yīng)條件： 不能太大； 平衡常數(shù)KP接近于

9、1。12T = TT化學(xué)輸運反應(yīng)判據(jù)：rG0 設(shè)源為A（固態(tài)），輸運劑為XB(氣體化合物，輸運反應(yīng)通式為：ABXPXBPK = PXBA源區(qū)沉積區(qū)ABX現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共98頁 根據(jù)熱力學(xué)分析可以指導(dǎo)選擇化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，估計輸運溫度。 首先根據(jù)選擇的反應(yīng)體系，確定 與溫度的關(guān)系，選擇 的反應(yīng)體系。如果條件滿足，說明所選反應(yīng)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(jù)以上分析，確定合適的溫度梯度，可得有效輸運。 PlogKPlogK0PlogKPlogK現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共98頁化學(xué)氣相沉積CVD法的共同特點：1、反應(yīng)式總可寫成2、這些反應(yīng)是可逆

10、的，對過程作必要的熱力學(xué)分析有助于了解CVD反應(yīng)的過程。( )( )( )( )aA gbB gcC sdD g現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁，共98頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共98頁化學(xué)氣相沉積q CVD的化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué) CVD熱力學(xué)分析的主要目的是預(yù)測某些特定條件下某些CVD反應(yīng)的可行性（化學(xué)反應(yīng)的方向和限度）。 在溫度、壓強和反應(yīng)物濃度給定的條件下，熱力學(xué)計算能從理論上給出沉積薄膜的量和所有氣體的分壓，但是不能給出沉積速率。 熱力學(xué)分析可作為確定CVD工藝參數(shù)的參考?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共98頁 （1）化學(xué)反應(yīng)的自由能變化 按熱力學(xué)原理，化學(xué)反應(yīng)的自由能變化Gr可以用反應(yīng)物和生成物的標準自由能G

11、f來計算，即()()rffGGG生成物反應(yīng)物對于化學(xué)反應(yīng)aA+bB=cC其自由能變化Gr=cGc-bGb-aGa化學(xué)氣相沉積0lniiiGGRTa現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共98頁化學(xué)氣相沉積ln =GRTGRTKK e 或 與反應(yīng)系統(tǒng)的化學(xué)平衡常數(shù)K有關(guān)rG11()nmijijKPP生成物（反應(yīng)物） 例：熱分解反應(yīng)( )( )( )( )AB gC gA sBC gBCPABCPKPP反應(yīng)物過飽和而產(chǎn)物欠飽和時，Gr0, 反應(yīng)可正向進行，反之，沿反向進行?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁，共98頁化學(xué)氣相沉積反應(yīng)方向判據(jù)：0rG可以確定反應(yīng)溫度。Reaction (1) TiCl4 + 2BCl3 +

12、5H2 TiB2 + 10HClReaction (2) TiCl4 + B2H6 TiB2 + 4HCl + H2例1現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁，共98頁例22223042Al+OAl O33lnOGRTp估計Al在1000時的蒸發(fā)過程中被氧化的可能性1000時Al2O3 0846 kJ/molG 3002 10Ppa技術(shù)上無法實現(xiàn)這樣的高真空，因而從熱力學(xué)計算來看，Al在該溫度下有明顯氧化傾向。實際上，沉積速率足夠高，可獲得較為純凈的Al薄膜。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁，共98頁（2）化學(xué)反應(yīng)路線的選擇穩(wěn)定的單晶生長條件要求只引入一個生長核心，同時抑制其他生長核心的形成。需滿足條件： Gr2200

13、, 湍流狀態(tài)2200Re1200, 過渡流狀態(tài)Re1200, 層流狀態(tài)通常的反應(yīng)容器尺寸下，當工作氣體流速不高時，氣體流動狀態(tài)將處于層流狀態(tài)。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十九頁，共98頁 氣體的自然對流 氣體的溫差會導(dǎo)致氣體產(chǎn)生自然對流。當容器上部溫度較低、下部溫度較高時，氣體會通過自然對流使熱氣體上升，冷氣體下降。 自然對流會影響氣體流動的均勻性，進而影響薄膜沉積的均勻性。抑制自然對流的措施: 1、提高氣體的流動速度2、將高溫區(qū)設(shè)置在沉積室的上方3、降低沉積室內(nèi)的工作壓力4、保持沉積室內(nèi)溫度的均勻性現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十頁，共98頁（2）氣相化學(xué)反應(yīng) CVD系統(tǒng)中，氣體在到達沉底表面之前，溫度已經(jīng)升高，并開

14、始了分解、化學(xué)反應(yīng)的過程。它與氣體流動與擴散等現(xiàn)象一起，影響著薄膜的沉積過程。一級反應(yīng)A=B+CAApRk nkkT反應(yīng)速率二級反應(yīng)A+B=C+D2()ABABp pRk n nkkT反應(yīng)的級數(shù)表明了參與反應(yīng)碰撞過程的分子數(shù)。取決于反映的具體進程和其中的限制性環(huán)節(jié)，而與化學(xué)反應(yīng)式的系數(shù)無直接關(guān)系?；瘜W(xué)反應(yīng)式只代表總的反應(yīng)效果，不代表反應(yīng)的具體過程?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十一頁，共98頁反應(yīng)速率常數(shù)0ERTkk e（E為反應(yīng)的活化能）從狀態(tài)1（反應(yīng)物）到狀態(tài)2（生成物），反應(yīng)總速率為*102GGGRTRToRk nek n e達平衡時，R=0，此時有01201GRTknenKk=GRTK e0okk現(xiàn)

15、在學(xué)習(xí)的是第四十二頁，共98頁CVD氣相反應(yīng)的例子1500K，壓力101.3kPa條件下，TiCl4在H2中分解時的相對濃度變化通過動力學(xué)計算，得到各組分摩爾分數(shù)隨時間的變化曲線。10ms后，各組分的比例已趨于平衡值。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十三頁，共98頁（3）氣體組分的擴散 在CVD過程中，襯底表面附近存在一個氣相邊界層。氣相中各組分只有經(jīng)擴散過程通過邊界層，才能參與薄膜表面的沉積過程；同樣，反應(yīng)的產(chǎn)物也必須經(jīng)擴散過程通過邊界層，才能離開薄膜表面。 當系統(tǒng)中化學(xué)組分的濃度存在不均勻性時，將引起相應(yīng)組分的擴散。擴散通量為 ()iiiidnJDDdx 為擴散系數(shù)擴散過程的推動力是濃度梯度引起的組分自由

16、能梯度?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十四頁，共98頁擴散系數(shù)Di與氣體的溫度和總壓力有關(guān)，且滿足3 / 2iTDp iiiD dpJRT dx 擴散通過厚度為的邊界層時，則有(-) iiiisDJppRT pi為襯底表面處氣體組分的分壓pis為邊界層外該氣體組分的分壓i為反應(yīng)物，則pi 0，溫度升高會導(dǎo)致沉積速率降低，因為溫度上升使得脫附過程發(fā)生的幾率增加。( bc)Ed-Er D/時，擴散控制的沉積過程；當ksD/時，表面反應(yīng)控制的沉積過程?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十八頁，共98頁反應(yīng)導(dǎo)致的沉積速率00()sgssk n DJRNNDk沉積速率隨溫度的變化取決于ks, D, ?？傮w來講，低溫時，R由襯底表面的反

17、應(yīng)速率（ks）所控制，其變化趨勢受e-E/RT項的影響；高溫時，沉積速率受氣相擴散系數(shù)D控制，隨溫度變化趨于緩慢。 一般情況，表面化學(xué)反應(yīng)控制型CVD過程的沉積速率隨溫度升高而加快；有些特別情況，沉積速率會隨溫度升高而先升高后下降，原因在于化學(xué)反應(yīng)的可逆性。（N0 表面原子密度）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十九頁，共98頁( )( )( )( )aA gbB gcC sdD g可逆反應(yīng)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十頁，共98頁（a）反應(yīng)在正向為放熱反應(yīng)，凈反應(yīng)速率隨溫度上升出現(xiàn)最大值。溫度持續(xù)升高會導(dǎo)致逆向反應(yīng)速度超過正向反應(yīng)速度，薄膜沉積變?yōu)榭涛g的過程。溫度過高不利于反應(yīng)產(chǎn)物的沉積。（b）反應(yīng)在正向為吸熱反應(yīng)，正反

18、應(yīng)激活能較高，凈反應(yīng)速率隨溫度升高單調(diào)上升。溫度過低不利于反應(yīng)產(chǎn)物的沉積。相應(yīng)地，在薄膜沉積室設(shè)計方面形成了熱壁式和冷壁式的兩種CVD裝置，以減少反應(yīng)產(chǎn)物在器壁上的不必要的沉積?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十一頁，共98頁（7）CVD薄膜沉積速率的均勻性模型:Si在襯底上沉積生長時的CVD過程現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十二頁，共98頁假設(shè)沉積過程滿足下列邊界條件：（1）反應(yīng)氣體在x方向通過CVD裝置的流速不變；（2）整個裝置具有恒定的溫度T；（3）在垂直于x的z方向上，裝置的尺寸足夠大， 作為二維問題。在點（x, y）處的氣體通量為( , )( , )Jc x y vD c x y宏觀流動引起的傳輸項擴散項體積單元

19、內(nèi)反應(yīng)物的變化率2222()ccccDvtxyx現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十三頁，共98頁薄膜的沉積速率為sigM JRMMsi和Mg分別為Si和反應(yīng)物分子的相對原子質(zhì)量；為Si的密度在襯底表面處，只考慮擴散項，則2042Dxsivbgc M DRebM r結(jié)果表明：Si薄膜的沉積速率將沿著氣體的流動方向呈指數(shù)形式的下降，原因在于反應(yīng)物隨著距離的增加而逐漸貧化?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十四頁，共98頁提高薄膜沉積均勻性的措施：（1）提高氣體流速與裝置的尺寸；（2）調(diào)整裝置內(nèi)的溫度分布，從而影響擴散系數(shù)D的分布；（3）改變襯底的放置角度，客觀上強制提高氣體的流動速度。在有孔、槽等凹陷的復(fù)雜形狀襯底表面，薄膜沉積會

20、發(fā)生一定程度的養(yǎng)分貧化現(xiàn)象，導(dǎo)致凹陷內(nèi)薄膜沉積速率低于凹陷外薄膜沉積速率。CVD過程中化學(xué)基團的凝聚系數(shù)越低，薄膜對襯底的覆蓋能力越好?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十五頁，共98頁化學(xué)氣相沉積q CVD法制備薄膜過程（四個階段）（1）反應(yīng)氣體向基片表面擴散；（2）反應(yīng)氣體吸附于基片表面；（3）在基片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；（4）在基片表面產(chǎn)生的氣相副產(chǎn)物脫離表面，向空間擴散或被抽氣系統(tǒng)抽走；基片表面留下不揮發(fā)的固相反應(yīng)產(chǎn)物薄膜。 CVD基本原理包括：反應(yīng)化學(xué)、熱力學(xué)、動力學(xué)、輸運過程、薄膜成核與生長、反應(yīng)器工程等學(xué)科領(lǐng)域?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十六頁，共98頁化學(xué)氣相沉積q 優(yōu)點 即可制作金屬、非金屬薄膜，又可制作多

21、組分合金薄膜； 成膜速率高，可批量制備；（幾微米至幾百微米/min） CVD反應(yīng)可在常壓或低真空進行，繞射性能好； 薄膜純度高、致密性好、殘余應(yīng)力小、結(jié)晶良好； 薄膜生長溫度低于材料的熔點； 薄膜表面平滑； 輻射損傷小，用于MOS半導(dǎo)體器件現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十七頁，共98頁化學(xué)氣相沉積q 缺點 參與沉積的反應(yīng)源和反應(yīng)后的氣體易燃、易爆或有毒，需環(huán)保措施，有時還有防腐蝕要求； 反應(yīng)溫度還是太高，盡管低于物質(zhì)的熔點；溫度高于PVD技術(shù)，應(yīng)用中受到一定限制； 對基片進行局部表面鍍膜時很困難，不如PVD方便?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十八頁，共98頁化學(xué)氣相沉積q CVD反應(yīng)體系必須具備三個條件 在沉積溫度下，反

22、應(yīng)物具有足夠高的蒸氣壓，并能以適當?shù)乃俣缺灰敕磻?yīng)室； 反應(yīng)產(chǎn)物除了形成固態(tài)薄膜物質(zhì)外，都必須是揮發(fā)性的； 沉積薄膜和基體材料必須具有足夠低的蒸氣壓，以保證在反應(yīng)中能保持在受熱的基體上，不會揮發(fā)。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十九頁，共98頁化學(xué)氣相沉積q 開口體系CVD 包括：氣體凈化系統(tǒng)、氣體測量和控制系統(tǒng)、反應(yīng)器、尾氣處理系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)等。 臥式：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十頁，共98頁化學(xué)氣相沉積感應(yīng)加熱現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十一頁，共98頁化學(xué)氣相沉積 冷壁CVD：器壁和原料區(qū)都不加熱，僅基片被加熱，沉積區(qū)一般采用感應(yīng)加熱或光輻射加熱。缺點是有較大溫差，溫度均勻性問題需特別設(shè)計來克服。 適合反應(yīng)物在室溫下是氣體或

23、具有較高蒸氣壓的液體。 熱壁CVD：器壁和原料區(qū)都是加熱的，反應(yīng)器壁加熱是為了防止反應(yīng)物冷凝。管壁有反應(yīng)物沉積，易剝落造成污染。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十二頁，共98頁開口體系開口體系CVDCVD工藝的特點工藝的特點 能連續(xù)地供氣和排氣，能連續(xù)地供氣和排氣，物料的運輸一般是靠惰性氣物料的運輸一般是靠惰性氣體來實現(xiàn)的。體來實現(xiàn)的。反應(yīng)總處于非平衡狀態(tài)反應(yīng)總處于非平衡狀態(tài)，而有利于，而有利于形成薄膜沉積層形成薄膜沉積層（至少有一種反應(yīng)產(chǎn)物可連續(xù)地從反（至少有一種反應(yīng)產(chǎn)物可連續(xù)地從反應(yīng)區(qū)排出）。應(yīng)區(qū)排出）。 在大多數(shù)情況下，開口體系是在一個大氣壓或稍高于在大多數(shù)情況下，開口體系是在一個大氣壓或稍高于一個大氣

24、壓下進行的。一個大氣壓下進行的。但也可在真空下連續(xù)地或但也可在真空下連續(xù)地或脈沖地供氣及不斷地抽出副產(chǎn)物。有利于沉積脈沖地供氣及不斷地抽出副產(chǎn)物。有利于沉積厚度均勻的薄膜。厚度均勻的薄膜。 開口體系的沉積工藝容易控制，工藝重現(xiàn)性好，工開口體系的沉積工藝容易控制，工藝重現(xiàn)性好，工件容易取放，同一裝置可反復(fù)多次使用。件容易取放，同一裝置可反復(fù)多次使用。 有有立式和臥式立式和臥式兩種形式。兩種形式。 臥式反應(yīng)器特點：常壓操作；裝、卸料方便。但是薄膜的均臥式反應(yīng)器特點：常壓操作；裝、卸料方便。但是薄膜的均勻性差。勻性差?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十三頁，共98頁化學(xué)氣相沉積立式反應(yīng)器：氣流垂直于基體，可使氣流以

25、基板為中心均勻分布?；Ъ転樾D(zhuǎn)圓盤，可保證反應(yīng)氣體混合均勻，沉積薄膜的厚度、成分及雜質(zhì)分布均勻?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十四頁，共98頁能對大量基片進行外延生長，批量沉積薄膜現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十五頁，共98頁化學(xué)氣相沉積沉積區(qū)域為球形，基片受熱均勻，反應(yīng)氣體均勻供給；產(chǎn)品的均勻性好，膜層厚度一致，質(zhì)地均勻?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十六頁，共98頁化學(xué)氣相沉積q 封閉式（閉管沉積系統(tǒng)）CVD（熱壁法）把一定量的反應(yīng)物和適當?shù)幕w分別放在反應(yīng)器的兩端，抽空后充入一定的輸運氣體，然后密封，再將反應(yīng)器置于雙溫區(qū)爐內(nèi)，使反應(yīng)管內(nèi)形成溫度梯度。溫度梯度造成的負自由能變化是傳輸反應(yīng)的推動力，所以物料從閉管的一端傳輸?shù)搅硪?/p>

26、端并沉積下來。在理想情況下，閉管反應(yīng)器中所進行的反應(yīng)其平衡常數(shù)值應(yīng)接近于1?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十七頁，共98頁化學(xué)氣相沉積溫度梯度2.5/cm低溫區(qū)T1=T2-13.5高溫區(qū)T2=850860例現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十八頁，共98頁化學(xué)氣相沉積 閉管法的優(yōu)點：污染的機會少，不必連續(xù)抽氣保持反應(yīng)器內(nèi)的真空，可以沉積蒸氣壓高的物質(zhì)。 閉管法的缺點：材料生長速率慢，不適合大批量生長，一次性反應(yīng)器，生長成本高；管內(nèi)壓力檢測困難等。 閉管法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：反應(yīng)器材料選擇、裝料壓力計算、溫度選擇和控制等?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十九頁，共98頁化學(xué)氣相沉積q LPCVD原理 早期CVD技術(shù)以開管系統(tǒng)為主，即Atmospher

27、e Pressure CVD (APCVD)。 近年來，CVD技術(shù)令人注目的新發(fā)展是低壓CVD技術(shù)，即Low Pressure CVD（LPCVD）。 LPCVD原理于APCVD基本相同，主要差別是： 低壓下氣體擴散系數(shù)增大，使氣態(tài)反應(yīng)物和副產(chǎn)物的質(zhì)量傳輸速率加快，形成薄膜的反應(yīng)速率增加?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八十頁，共98頁化學(xué)氣相沉積現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八十一頁，共98頁低壓CVI爐現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八十二頁，共98頁化學(xué)氣相沉積q LPCVD優(yōu)點 （1）低氣壓下氣態(tài)分子的平均自由程增大，反應(yīng)裝置內(nèi)可以快速達到濃度均一，消除了由氣相濃度梯度帶來的薄膜不均勻性。 （2）薄膜質(zhì)量高：薄膜臺階覆蓋良好；結(jié)構(gòu)完整性

28、好；針孔較少。 （3）沉積速率高。沉積過程主要由表面反應(yīng)速率控制，對溫度變化極為敏感，所以，LPCVD技術(shù)主要控制溫度變量。LPCVD工藝重復(fù)性優(yōu)于APCVD。 （4）臥式LPCVD裝片密度高，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八十三頁，共98頁化學(xué)氣相沉積q LPCVD在微電子技術(shù)中的應(yīng)用 廣泛用于沉積摻雜或不摻雜的氧化硅、氮化硅、多晶硅、硅化物薄膜，-族化合物薄膜以及鎢、鉬、鉭、鈦等難熔金屬薄膜。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八十四頁，共98頁化學(xué)氣相沉積 在普通CVD技術(shù)中，產(chǎn)生沉積反應(yīng)所需要的能量是各種方式加熱襯底和反應(yīng)氣體，因此，薄膜沉積溫度一般較高（多數(shù)在9001000）。u 容易引起基板變形

29、和組織上的變化， 容易降低基板材料的機械性能；u 基板材料與膜層材料在高溫下會相互擴散，形成某些脆性相，降低了兩者的結(jié)合力?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八十五頁，共98頁 如果能在反應(yīng)室內(nèi)形成低溫等離子體（如輝光放電），則可以利用在等離子狀態(tài)下粒子具有的較高能量，為化學(xué)氣相反應(yīng)提供所需的激活能，使沉積溫度降低。 這種等離子體參與的化學(xué)氣相沉積稱為等離子化學(xué)氣相沉積。用來制備化合物薄膜、非晶薄膜、外延薄膜、超導(dǎo)薄膜等，特別是IC技術(shù)中的表面鈍化和多層布線。等離子化學(xué)氣相沉積：Plasma CVDPlasma Associated CVDPlasma Enhanced CVD這里稱PECVD現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八十六

30、頁，共98頁化學(xué)氣相沉積 PECVD是指利用輝光放電的物理作用來激活化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的CVD技術(shù)。它既包括了化學(xué)氣相沉積技術(shù)，又有輝光放電的增強作用。既有熱化學(xué)反應(yīng)，又有等離子體化學(xué)反應(yīng)。廣泛應(yīng)用于微電子學(xué)、光電子學(xué)、太陽能利用等領(lǐng)域，按照產(chǎn)生輝光放電等離子方式，可以分為許多類型。直流輝光放電等離子體化學(xué)氣相沉積（DC-PCVD）射頻輝光放電等離子體化學(xué)氣相沉積（RF-PCVD）微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MW-PCVD）電子回旋共振等離子體化學(xué)氣相沉積（ECR-PCVD）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八十七頁，共98頁化學(xué)氣相沉積現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八十八頁，共98頁化學(xué)氣相沉積現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八十九頁，共98頁化學(xué)氣相沉積現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九十頁，共98頁化學(xué)氣相沉積等離子體在CVD中的作用： 將反應(yīng)物氣體分子激活成活性離子，降低反應(yīng)溫度； 加速反應(yīng)物在表面的擴散作用，提高成膜速率； 對基片和薄膜具有濺射清洗作用，濺射掉結(jié)合不牢的粒子，提高了薄膜和基片的附著力； 由于原子、分子、離子和電子相互碰撞，使形成薄膜的厚度均勻。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九十一頁，共98頁化學(xué)氣相沉積PECVD的優(yōu)點： 低溫成膜（300-350），對基片影響小，避免了高溫帶來的膜層晶粒粗