薄膜技术中PVD和CVD的区别详解

1、LOGO薄膜制备薄膜制备 张洋洋张洋洋 薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的选择，基体材料的选择及表面处理，薄膜制备条件的选择和薄膜结构、性能与工艺参数的关系等。LOGO物理气相沉积（物理气相沉积（PVDPVD）化学气相沉积化学气相沉积 （ CVDCVD）薄膜制备物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）PVDPVD 物理气相沉积（物理气相沉积（PVD)PVD)指的是利用某种物理的指的是利用某种物理的过程，如物质的热蒸发或在受到粒子束轰击时物过程，如物质的热蒸发或在受到粒子束轰击时物理表面原子的溅射现象，实现物质从原物质到薄理表面原子的溅射现象，实现物质从原物质到薄膜的可控的原子转移过程。膜的可控的原子

2、转移过程。 物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）PVDPVD 这种薄膜制备方法相对于下面还要介绍的化这种薄膜制备方法相对于下面还要介绍的化学气相沉积方法而言，具有以下学气相沉积方法而言，具有以下几几个特点个特点: 1.需要使用需要使用固态固态的或者的或者熔化态熔化态的物质作为沉积过的物质作为沉积过程的源物质。程的源物质。 2.源物质要经过物理过程进入气相。源物质要经过物理过程进入气相。 3.需要相对较低的气体压力环境。需要相对较低的气体压力环境。 4.在气相中及衬底表面并在气相中及衬底表面并不发生化学反应不发生化学反应。 物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）物理气相沉积法过程的三个阶段：1，从

3、原材料中发射出粒子；2，粒子运输到基片；3，粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。 物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）PVDPVD 物理气相沉积技术中最为基本的两种方法就物理气相沉积技术中最为基本的两种方法就是是蒸发法蒸发法和和溅射法，溅射法，另外还有离子束和离子助等另外还有离子束和离子助等等方法。等方法。 蒸发法相对溅射法具有一些明显的优点，包蒸发法相对溅射法具有一些明显的优点，包括较高的沉积速度，相对较高的真空度，以及由括较高的沉积速度，相对较高的真空度，以及由此导致的较高的薄膜质址等此导致的较高的薄膜质址等。 溅射法也具有自己的一些优势，包括在沉积溅射法也具有自己的一些优势，包括在沉积多

4、元合金薄膜时化学成分容易控制，沉积层对衬多元合金薄膜时化学成分容易控制，沉积层对衬底的附着力较好等。底的附着力较好等。 物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）真空真空蒸镀蒸镀 在真空在真空蒸镀技术蒸镀技术中，人们只需要产生中，人们只需要产生一个真空环境。在真空环境下，给待蒸发一个真空环境。在真空环境下，给待蒸发物提供足够的热量以获得蒸发所必需的蒸物提供足够的热量以获得蒸发所必需的蒸气压。在适当的温度下，蒸发粒子在基片气压。在适当的温度下，蒸发粒子在基片上凝结，这样即可实现真空上凝结，这样即可实现真空蒸镀薄膜蒸镀薄膜沉积。沉积。真空蒸镀真空蒸镀 装置： 真空系统 蒸发系统 基片支撑 挡板 监控系统

5、真空真空蒸镀蒸镀 大量材料皆可以在真空中蒸发，最终大量材料皆可以在真空中蒸发，最终在基片上凝结以形成薄膜。真空蒸发沉积在基片上凝结以形成薄膜。真空蒸发沉积过程由三个步骤组成过程由三个步骤组成:蒸发源材料由凝聚相转变成气相；蒸发源材料由凝聚相转变成气相；在蒸发源与基片之间蒸发粒子的输运在蒸发源与基片之间蒸发粒子的输运;蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、成膜。成膜。真空真空蒸镀蒸镀蒸发蒸发源分类源分类（一）电阻加热蒸发（一）电阻加热蒸发（二）电子束加热蒸发（二）电子束加热蒸发（三）电弧加热蒸发（三）电弧加热蒸发（四）激光加热蒸发（四）激光加热蒸发真空真空蒸镀蒸

6、镀真空蒸发的影响因素真空蒸发的影响因素1.1.物质的蒸发速度物质的蒸发速度2.2.元素的蒸汽压元素的蒸汽压3.3.薄膜沉积的均匀性薄膜沉积的均匀性4.4.薄膜沉积的纯度薄膜沉积的纯度真空真空蒸镀蒸镀薄膜沉积的纯度薄膜沉积的纯度 蒸发源的纯度；蒸发源的纯度； 加热装置、坩埚可能造成的污染；加热装置、坩埚可能造成的污染； 真空系统中的残留气体。真空系统中的残留气体。溅射法溅射法 溅射法利用带有电荷的离子在电溅射法利用带有电荷的离子在电场中加速后具有一定动能的特点，将场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的离子引向欲被溅射的靶电极靶电极。在离子。在离子能量合适的情况下，入射的离子将在能量合

7、适的情况下，入射的离子将在与靶表面的原子的与靶表面的原子的碰撞碰撞过程中使后者过程中使后者溅射出来。这些被溅射出来的原子将溅射出来。这些被溅射出来的原子将带有一定的动能，并且会沿着一定的带有一定的动能，并且会沿着一定的方向射向衬底，从而实现在衬底上薄方向射向衬底，从而实现在衬底上薄膜的沉积。膜的沉积。溅射法溅射法直流溅射沉积装置直流溅射沉积装置 真空系统中，靶真空系统中，靶材是需要溅射的材料，材是需要溅射的材料，它作为阴极。相对于它作为阴极。相对于作为阳极的衬底加有作为阳极的衬底加有数千伏的电压。在对数千伏的电压。在对系统预抽真空以后，系统预抽真空以后，充入适当压力的惰性充入适当压力的惰性气体

8、。气体。溅射法溅射法溅射法分类溅射法分类(1)直流溅射直流溅射;(2)高频高频溅射溅射;(3)磁控溅射；磁控溅射；(4)反应反应溅射；溅射；(5)离子镀。离子镀。溅射法溅射法溅射法的优缺点：溅射法的优缺点：优点优点: 薄膜在基片上的附着力强，膜层纯度薄膜在基片上的附着力强，膜层纯度 高，可同时溅射多种不同成分的合金膜或高，可同时溅射多种不同成分的合金膜或 化合物。化合物。缺点缺点：需要制备专用膜料，靶利用率低：需要制备专用膜料，靶利用率低 薄膜的化学气相沉积薄膜的化学气相沉积(CVD)CVDCVD 技术被称化学气相沉积技术被称化学气相沉积(CVD)顾名思义，利顾名思义，利用气态的先驱反应物，通

9、过原子、分子间用气态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜的技术。化学反应的途径生成固态薄膜的技术。 特别值得一提的是，在高质量的半导体晶特别值得一提的是，在高质量的半导体晶体外延技术以及各种绝缘材料薄膜的制备体外延技术以及各种绝缘材料薄膜的制备中大量使用了化学气相沉积技术。比如，中大量使用了化学气相沉积技术。比如，在在MOS场效应管中，应用化学气相方法沉场效应管中，应用化学气相方法沉积的薄膜就包括多晶积的薄膜就包括多晶Si、 SiO2、SiN等。等。薄膜的化学气相沉积薄膜的化学气相沉积(CVD)CVDCVD所涉及的化学反应类型所涉及的化学反应类型 1.1.热解反应热解反应

10、2. 2.还原反应还原反应 3.3.氧化反应氧化反应 4.4.化合反应化合反应 5.5.歧化反应歧化反应 6.6.可逆可逆反应反应薄膜的化学气相沉积薄膜的化学气相沉积(CVD)CVD化学气相沉积装置化学气相沉积装置 一般来讲，一般来讲，CVD装置往往包括以下几装置往往包括以下几个基本部分个基本部分: (1)反应气体和载气的供给和计量装置反应气体和载气的供给和计量装置; (2)必要的加热和冷却系统必要的加热和冷却系统; (3)反应产物气体的排出装置。反应产物气体的排出装置。薄膜的化学气相沉积薄膜的化学气相沉积(CVD)CVD化学气相沉积装置化学气相沉积装置薄膜的化学气相沉积薄膜的化学气相沉积(CVD) 1.反应体系成分反应体系成分 2.气体的组成气体的组成 3.压力压力 4.温度温度影响影响CVDCVD薄膜