薄膜制备技术ppt课件

1、7. 薄膜制备技术薄膜制备技术 7.1 薄膜资料根底薄膜资料根底 7.1.1 薄膜的概念与分类薄膜的概念与分类 1. 薄膜资料的概念薄膜资料的概念 采用一定方法，使处于某种形状的一种或几种物质原资采用一定方法，使处于某种形状的一种或几种物质原资料料) )的基团以物理或化学方式附着于衬底资料外表，在衬底的基团以物理或化学方式附着于衬底资料外表，在衬底资料外表构成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。资料外表构成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。 简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的堆积过程构成的简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的堆积过程构成的二维资料。二维资料。2. 2. 薄膜分类薄膜分类 )(f

2、ilmsolidthin固固态态液液态态气气态态1 1物态物态2 2结晶态：结晶态： 集集合合体体组组成成，由由许许多多取取向向相相异异单单晶晶多多晶晶：在在一一衬衬底底上上生生长长质质外外延延在在单单晶晶基基底底上上同同质质和和异异单单晶晶：外外延延生生长长晶晶态态长长程程无无序序有有序序非非晶晶态态：原原子子排排列列短短程程、。、3 3化学角度化学角度 无无机机薄薄膜膜有有机机薄薄膜膜4 4组成组成 非非金金属属薄薄膜膜金金属属薄薄膜膜5 5物性物性 光光学学薄薄膜膜磁磁阻阻薄薄膜膜介介电电薄薄膜膜超超导导薄薄膜膜半半导导体体薄薄膜膜金金属属导导电电薄薄膜膜热热学学薄薄膜膜声声学学薄薄膜膜

3、硬硬质质薄薄膜膜q 厚度，决议薄膜性能、质量厚度，决议薄膜性能、质量q 通常，膜厚通常，膜厚 as 同质外延ae= as 张应变ae The strained film said: “We are all tired enough, please give us a break!Oh, it is more comfortable now, although a few of our colleagues are still suffering the pressure.应变能释放出现刃位错应变能释放出现刃位错The single said: “It is OK, my effort is t

4、o make all of you happy! Strain alter d spacings, while alter values原原 理：理： 在超高真空条件下，在超高真空条件下，将各组成元素的分子束将各组成元素的分子束流以一个个分子的方式流以一个个分子的方式放射到衬底外表，在适放射到衬底外表，在适当的温度下外延堆积成当的温度下外延堆积成膜。膜。 目前目前MBEMBE的膜厚控制程度到达单原子层，可用于制备超晶的膜厚控制程度到达单原子层，可用于制备超晶格、量子点，及格、量子点，及3-53-5族化合物的半导体器件。族化合物的半导体器件。应应 用用7 7 脉冲激光堆积脉冲激光堆积(PLD)(

5、PLD) 利用脉冲聚焦激光烧蚀靶材，使靶的部分在瞬间受高温汽利用脉冲聚焦激光烧蚀靶材，使靶的部分在瞬间受高温汽化，在真空室内的惰性气体羽辉等离子体作用下活化，并堆化，在真空室内的惰性气体羽辉等离子体作用下活化，并堆积到衬底的一种制膜方法。积到衬底的一种制膜方法。 2. 2. 蒸镀用途蒸镀用途q 适宜镀制对结合强度要求不高的某些功能膜，如电极的适宜镀制对结合强度要求不高的某些功能膜，如电极的导电膜、光学镜头用增透膜。导电膜、光学镜头用增透膜。q 蒸镀合金膜时，较溅射成分难保证。蒸镀合金膜时，较溅射成分难保证。q 镀纯金属时速度快，镀纯金属时速度快，90%为铝膜。为铝膜。q 铝膜的用途广泛，在制镜

6、业替代银，在集成电路镀铝进铝膜的用途广泛，在制镜业替代银，在集成电路镀铝进展金属化后刻蚀出导线。展金属化后刻蚀出导线。7.2.3 7.2.3 溅射镀膜溅射镀膜sputtering depositionsputtering deposition 1. 1. 工艺原理工艺原理溅射镀膜：是指在真空室中，利用荷能粒子轰击镀料外表，溅射镀膜：是指在真空室中，利用荷能粒子轰击镀料外表，使被轰击出的粒子在基片上堆积的技术。使被轰击出的粒子在基片上堆积的技术。1. 1. 工艺原理工艺原理溅射镀膜有两类溅射镀膜有两类 离子束由特制的离子源产生离子束由特制的离子源产生 离子源构造复杂，价钱昂贵离子源构造复杂，价钱

7、昂贵 用于分析技术和制取特殊薄膜用于分析技术和制取特殊薄膜 在真空室中，利用离子束轰击靶外表，使溅射出的粒子在在真空室中，利用离子束轰击靶外表，使溅射出的粒子在基片外表成膜。基片外表成膜。离子束溅射：离子束溅射：离子束溅射：离子束溅射：气体放电溅射气体放电溅射离子束与磁控溅射结合镀膜设备离子束与磁控溅射结合镀膜设备 利用低压气体放电景象，产生等离子体，产生的正离子，利用低压气体放电景象，产生等离子体，产生的正离子，被电场加速为高能粒子，撞击固体靶外表进展能量和被电场加速为高能粒子，撞击固体靶外表进展能量和动量交换后，将被轰击固体外表的原子或分子溅射出来，动量交换后，将被轰击固体外表的原子或分子

8、溅射出来，堆积在衬底资料上成膜的过程。堆积在衬底资料上成膜的过程。气体放电溅射气体放电溅射+-整个过程仅进展动量转换，无相变整个过程仅进展动量转换，无相变堆积粒子能量大，堆积过程带有清洗作用，薄膜附堆积粒子能量大，堆积过程带有清洗作用，薄膜附着性好着性好薄膜密度高，杂质少薄膜密度高，杂质少膜厚可控性、重现性好膜厚可控性、重现性好可制备大面积薄膜可制备大面积薄膜设备复杂，堆积速率低。设备复杂，堆积速率低。2. 2. 工艺特点工艺特点离子束与磁控溅射结合镀膜设备离子束与磁控溅射结合镀膜设备3. 3. 溅射的物理根底溅射的物理根底辉光放电辉光放电 溅射镀膜基于高能粒子轰击靶材时的溅射效应。整个溅射溅

9、射镀膜基于高能粒子轰击靶材时的溅射效应。整个溅射过程是建立在辉光放电的根底上，使气体放电产生正离子，过程是建立在辉光放电的根底上，使气体放电产生正离子，并被加速后轰击靶材的离子分开靶，堆积成膜的过程。并被加速后轰击靶材的离子分开靶，堆积成膜的过程。 不同的溅射技术采用不同的辉光放电方式，包括：不同的溅射技术采用不同的辉光放电方式，包括：直流辉光放电直流辉光放电 直流溅射直流溅射射频辉光放电射频辉光放电射频溅射射频溅射 磁场中的气体放电磁场中的气体放电磁控溅射磁控溅射1直流辉光放电直流辉光放电 指在两电极间加一定直流电压时，两电极间的稀薄气体指在两电极间加一定直流电压时，两电极间的稀薄气体真空度

10、约为真空度约为13.3-133Pa13.3-133Pa产生的放电景象。产生的放电景象。直流辉光放电的伏安特性曲线直流辉光放电的伏安特性曲线AB AB 无光放电区无光放电区BC BC 汤森放电区汤森放电区CD CD 过渡区过渡区DE DE 正常辉光放电区正常辉光放电区EF EF 异常辉光放电区异常辉光放电区FG FG 弧光放电区弧光放电区2射频辉光放电射频辉光放电 指经过电容耦合在两电极之间加上射频电压，而在电极指经过电容耦合在两电极之间加上射频电压，而在电极之间产生的放电景象。电子在变化的电场中振荡从而获得之间产生的放电景象。电子在变化的电场中振荡从而获得能量，并且与原子碰撞产生离子和更多的电

11、子。能量，并且与原子碰撞产生离子和更多的电子。射频放电的频率范围：射频放电的频率范围：1-30MHz，工业用频率为，工业用频率为13.56MHz其特点是：其特点是：辉光放电空间产生的电子，获得足够的能量，足以产生辉光放电空间产生的电子，获得足够的能量，足以产生碰撞电离，减少对二次电子的依赖，降低击穿电压碰撞电离，减少对二次电子的依赖，降低击穿电压射频电压可以经过任何类型的阻抗耦合进去，所以，电射频电压可以经过任何类型的阻抗耦合进去，所以，电极无需是导体，可以溅射任何资料极无需是导体，可以溅射任何资料3电磁场中的气体放电电磁场中的气体放电 在放电电场空间加上磁场，放电空间中的电子就要围在放电电场

12、空间加上磁场，放电空间中的电子就要围绕磁力线作盘旋运动，其盘旋半径为绕磁力线作盘旋运动，其盘旋半径为eB/mveB/mv，磁场对放电，磁场对放电的影响效果，因电场与磁场的相互位置不同而有很大的差的影响效果，因电场与磁场的相互位置不同而有很大的差别。别。 4. 溅射特性参数溅射特性参数1溅射阈值溅射阈值2溅射率溅射率3溅射粒子的形状、能量、速度溅射粒子的形状、能量、速度4溅射粒子的角分布溅射粒子的角分布4. 溅射特性参数溅射特性参数1 1溅射阈值：溅射阈值： 使靶资料原子发生溅射所需的最小入射离子能量，低于使靶资料原子发生溅射所需的最小入射离子能量，低于该值不能发生溅射。大多数金属该值为该值不能

13、发生溅射。大多数金属该值为101020ev20ev。 2 2溅射率：溅射率： 正离子轰击靶阴极时平均每个正离子能从靶材中打击正离子轰击靶阴极时平均每个正离子能从靶材中打击出的粒子数，又称溅射产额或溅射系数，出的粒子数，又称溅射产额或溅射系数，S S。S = Ns / NiNi-Ni-入射到靶外表的粒子数入射到靶外表的粒子数Ns-Ns-从靶外表溅射出来的粒子数从靶外表溅射出来的粒子数定义定义影响要素影响要素 入射离子能量入射离子能量 靶材种类靶材种类 入射离子种类入射离子种类溅射率与靶材元素在周期表中的位置有关。溅射率与靶材元素在周期表中的位置有关。普通规律：溅射率随靶材元素的原子序数增大而增大

14、普通规律：溅射率随靶材元素的原子序数增大而增大CuCu、AgAg、Au Au 较大较大C C、SiSi、TiTi、V V、TaTa、W W等等 较小较小 溅射率依赖于入射离子的能量，相对原子质量越大，溅射率依赖于入射离子的能量，相对原子质量越大，溅射率越高。溅射率越高。 溅射率随原子序数发生周期性变化，每一周期电子溅射率随原子序数发生周期性变化，每一周期电子壳层填满的元素具有最大的溅射率。壳层填满的元素具有最大的溅射率。 惰性气体的溅射率最高。惰性气体的溅射率最高。 入射角入射角入射角是入射离子入射方向与被溅射靶材外表法线之间的夹角入射角是入射离子入射方向与被溅射靶材外表法线之间的夹角 溅射温

15、度溅射温度靶材靶材3 3溅射出的粒子溅射出的粒子 从靶材上被溅射下来的物质微粒，主要参数有：粒子形状、从靶材上被溅射下来的物质微粒，主要参数有：粒子形状、粒子能量和速度。粒子能量和速度。溅射粒子的形状与入射离子的能量有关溅射粒子的形状与入射离子的能量有关溅射粒子的能量与靶材、入射离子的种类和能量以及溅射粒子的能量与靶材、入射离子的种类和能量以及溅射粒子的方向性有关，其能量可比蒸发原子的能量溅射粒子的方向性有关，其能量可比蒸发原子的能量大大12个数量级。个数量级。4 4溅射粒子的角分布溅射粒子的角分布 溅射原子的角度分布符合溅射原子的角度分布符合KnudsenKnudsen的余弦定律。也与入射的

16、余弦定律。也与入射原子的方向性、晶体构造等有关。原子的方向性、晶体构造等有关。4. 4. 几种典型的溅射镀膜方法几种典型的溅射镀膜方法1直流溅射镀膜直流溅射镀膜靶材为阴极靶材为阴极基片置于阳极基片置于阳极极间电压极间电压1-2KV1-2KV真空度真空度1-1-几百几百PaPa放电气体：放电气体：ArAr只适用于导体只适用于导体+-也称等离子弧柱溅射，在热也称等离子弧柱溅射，在热阴极和辅助阳极之间构成低阴极和辅助阳极之间构成低电压、大电流的等离子体弧电压、大电流的等离子体弧柱，大量电子碰撞气体电离，柱，大量电子碰撞气体电离，产生大量离子。产生大量离子。2射频溅射镀膜射频溅射镀膜q 适用于导体、半

17、导适用于导体、半导体、绝缘体体、绝缘体 射频是无线电波发射范围的频率，为防止干扰电台任务，射频是无线电波发射范围的频率，为防止干扰电台任务，溅射公用频率规定为溅射公用频率规定为13.56MHz13.56MHz。q 缺缺 点点q 大功率射频电源造大功率射频电源造价昂贵价昂贵q 具有人身防护问题具有人身防护问题q 不适宜工业消费运不适宜工业消费运用用3磁控溅射镀膜磁控溅射镀膜 与直流溅射类似，不同之处在于阴极靶的后面设置磁场，与直流溅射类似，不同之处在于阴极靶的后面设置磁场，磁场在靶材外表构成闭合的环形磁场，与电场正交。磁场在靶材外表构成闭合的环形磁场，与电场正交。 等离子束缚在靶外等离子束缚在靶

18、外表表 电子作旋进运动，电子作旋进运动，使原子电离时机添加，使原子电离时机添加，能量耗尽后落在阳极，能量耗尽后落在阳极，基片温升低、损伤小基片温升低、损伤小磁场之作用：磁场之作用：4离子束溅射离子束溅射 采用单独的离子源产生用于轰击靶材的离子，原理见以下采用单独的离子源产生用于轰击靶材的离子，原理见以下图。目前已有直径图。目前已有直径10cm10cm的宽束离子源用于溅射镀膜。的宽束离子源用于溅射镀膜。优点：优点：轰击离子的能量和轰击离子的能量和束流密度独立可控，束流密度独立可控，基片不直接接触等基片不直接接触等离子体，有利于控离子体，有利于控制膜层质量。制膜层质量。缺陷：缺陷：速度太慢，不适宜

19、镀制工件，工业上运用很难速度太慢，不适宜镀制工件，工业上运用很难4. 溅射镀膜的用途溅射镀膜的用途光光声声磁磁电电物物理理功功能能膜膜抗抗蚀蚀耐耐热热耐耐磨磨、减减磨磨表表面面强强化化、固固体体润润滑滑机机械械功功能能膜膜q采用采用CrCr、Cr-CrNCr-CrN等合金靶，在等合金靶，在N2N2、CH4CH4等气氛中进展反响溅射镀膜，等气氛中进展反响溅射镀膜，可以在各种工件上镀可以在各种工件上镀CrCr425-840HV425-840HV、CrCCrC、CrNCrN1000-3500HV1000-3500HV，可替代电镀可替代电镀CrCr。q用用TiCTiC、TiNTiN等超硬镀层涂覆刀具、

20、模具等外表，摩擦系数小、化学等超硬镀层涂覆刀具、模具等外表，摩擦系数小、化学稳定性好，具优良的耐磨、耐热、抗氧化、抗冲蚀，在提高其工件稳定性好，具优良的耐磨、耐热、抗氧化、抗冲蚀，在提高其工件特性的同时，大幅度提高寿命，普通可达特性的同时，大幅度提高寿命，普通可达3-103-10倍。倍。q用用TiCTiC、TiNTiN，Al2O3Al2O3具有良好的耐蚀性。具有良好的耐蚀性。q可制取优良的固体光滑膜可制取优良的固体光滑膜MoS2.MoS2.q可制备聚四氟乙烯膜。可制备聚四氟乙烯膜。7.2.4 7.2.4 离子成膜离子成膜1. 离子镀及其原理：离子镀及其原理： 真空蒸发与溅射结合的镀膜技术，在镀

21、膜的同时，采用带真空蒸发与溅射结合的镀膜技术，在镀膜的同时，采用带能离子轰击基片外表和膜层，使镀膜与离子轰击改性同时进能离子轰击基片外表和膜层，使镀膜与离子轰击改性同时进展的镀膜技术。展的镀膜技术。 即利用气体放电产生等离子体，同时，将膜层资料蒸发，即利用气体放电产生等离子体，同时，将膜层资料蒸发，一部分物质被离化，在电场作用下轰击衬底外表清洗衬一部分物质被离化，在电场作用下轰击衬底外表清洗衬底，一部分变为激发态的中性粒子，堆积于衬底外表成底，一部分变为激发态的中性粒子，堆积于衬底外表成膜。膜。 真空度真空度 放电气体种类与压强放电气体种类与压强 蒸发源物质供应速率与蒸汽流大小蒸发源物质供应速

22、率与蒸汽流大小 衬底负偏压与离子电流衬底负偏压与离子电流 衬底温度衬底温度 衬底与蒸发源的相对间隔。衬底与蒸发源的相对间隔。 主要影响要素：主要影响要素： 真空蒸镀、溅射、离子镀三种不同的镀膜技术，入射到真空蒸镀、溅射、离子镀三种不同的镀膜技术，入射到基片上的堆积粒子所带的能量不同。基片上的堆积粒子所带的能量不同。真空蒸镀：热蒸镀原子约真空蒸镀：热蒸镀原子约0.2 eV溅射：溅射原子约溅射：溅射原子约1-50 eV离子镀：轰击离子约几百到几千离子镀：轰击离子约几百到几千eV离子镀的目的：离子镀的目的：提高膜层与基片之间的结合强度。离子轰击可消除污染、提高膜层与基片之间的结合强度。离子轰击可消除

23、污染、还能构成共混过渡层、实现冶金结合、涂层致密。还能构成共混过渡层、实现冶金结合、涂层致密。蒸镀和溅射都可以开展为离子镀。蒸镀和溅射都可以开展为离子镀。 例如，蒸镀时在基片上加上负偏压，即可产生辉光放电，例如，蒸镀时在基片上加上负偏压，即可产生辉光放电，数百数百eV能量的离子轰击基片，即为二极离子镀。见以下图。能量的离子轰击基片，即为二极离子镀。见以下图。2 2 离子镀的类型和特点离子镀的类型和特点 离子镀设备在真空、气体放电的情况下完成镀膜和离子轰击离子镀设备在真空、气体放电的情况下完成镀膜和离子轰击过程，离子镀设备由真空室、蒸发源、高压电源、离化安装、过程，离子镀设备由真空室、蒸发源、高

24、压电源、离化安装、放置工件的阴极等部分组成。放置工件的阴极等部分组成。1 空心阴极离子镀空心阴极离子镀HCD国内外常见的设备类型如下国内外常见的设备类型如下HCD法利用空心热阴极的弧光法利用空心热阴极的弧光放电产生等离子体空心钽管为放电产生等离子体空心钽管为阴极，辅助阳极阴极，辅助阳极镀料是阳极镀料是阳极弧光放电时，电子轰击阳极镀料，弧光放电时，电子轰击阳极镀料，使其熔化而实现蒸镀使其熔化而实现蒸镀蒸镀时基片上加负偏压即可从等蒸镀时基片上加负偏压即可从等离子体中吸引离子体中吸引Ar离子向基片轰击，离子向基片轰击，实现离子镀实现离子镀2多弧离子镀多弧离子镀原原 理：理： 多弧离子镀是采用电弧放电

25、的方法，在固体的阴极靶材上直接蒸发金多弧离子镀是采用电弧放电的方法，在固体的阴极靶材上直接蒸发金属，安装无需熔池，原理如下图。电弧的引燃依托引弧阳极与阴极的触属，安装无需熔池，原理如下图。电弧的引燃依托引弧阳极与阴极的触发，弧光放电仅仅在靶材外表的一个或几个密集的弧斑处进展。发，弧光放电仅仅在靶材外表的一个或几个密集的弧斑处进展。弧斑直径小于弧斑直径小于100um。弧斑电流密度弧斑电流密度105-107A/cm2温度温度8000-40000K弧斑喷出的物质包括电子、离子、原子和液滴。大弧斑喷出的物质包括电子、离子、原子和液滴。大部分为离子。部分为离子。特特 点：直接从阴极产生等离子体，不用熔池

26、，阴极靶点：直接从阴极产生等离子体，不用熔池，阴极靶可根据工件外形在恣意方向布置，使夹具大为简化。可根据工件外形在恣意方向布置，使夹具大为简化。3离子束辅助堆积离子束辅助堆积低能的离子束低能的离子束1 1用于轰击靶用于轰击靶材，使靶材原子溅射并堆积材，使靶材原子溅射并堆积在基底上；在基底上；离子束离子束2 2起轰击注入作起轰击注入作用，同时，可在室温或近似用，同时，可在室温或近似室温下合成具有良好性能的室温下合成具有良好性能的 合金、化合物、特种膜层，合金、化合物、特种膜层，以满足对资料外表改性的需以满足对资料外表改性的需求。求。4离子镀的运用离子镀的运用7.3 7.3 化学成膜化学成膜 有化

27、学反响的运用与参与，利用物质间的化学反响实现薄有化学反响的运用与参与，利用物质间的化学反响实现薄膜生长的方法。膜生长的方法。 化学气相堆积化学气相堆积(CVD (CVD Chemical Vapor Deposition ) Chemical Vapor Deposition )液相反响堆积液相反响堆积( (液相外延液相外延) )7.3.1 7.3.1 化学气相堆积化学气相堆积q 气相堆积的根本过程包括三个步骤：即提供气相镀料；镀气相堆积的根本过程包括三个步骤：即提供气相镀料；镀料向镀制的工件或基片保送；镀料堆积在基片上构成膜层料向镀制的工件或基片保送；镀料堆积在基片上构成膜层q 气相堆积过程

28、中堆积粒子来源于化合物的气相分解反响，气相堆积过程中堆积粒子来源于化合物的气相分解反响，因此，称为化学气相堆积因此，称为化学气相堆积CVD，否那么，称为物理，否那么，称为物理气相堆积气相堆积PVD。q CVD与与PVD的不同处：堆积粒子来源于化合物的气相分的不同处：堆积粒子来源于化合物的气相分解反响解反响1. 化学气相堆积的根本概念化学气相堆积的根本概念1 1原原 理理TiCl4 +CH4 TiC +4HCl2 2 CVDCVD薄膜生长过程薄膜生长过程反响气体向衬底外表输运分散；反响气体向衬底外表输运分散；反响气体在衬底外表吸附；反响气体在衬底外表吸附；衬底外表气体间的化学反响，生成固态和气态

29、产物，衬底外表气体间的化学反响，生成固态和气态产物，固态生成物粒子经外表分散成膜；固态生成物粒子经外表分散成膜；气态生成物由内向外分散和外表解吸；气态生成物由内向外分散和外表解吸；气态生成物向外表区外的分散和排放。气态生成物向外表区外的分散和排放。3 CVD条件与影响要素条件与影响要素1CVD条件条件除堆积的薄膜外，反响生成物均须是气态除堆积的薄膜外，反响生成物均须是气态堆积薄膜的蒸汽压要足够低堆积薄膜的蒸汽压要足够低反响只在衬底及其附近进展反响只在衬底及其附近进展堆积温度下，衬底资料的蒸汽压足够低堆积温度下，衬底资料的蒸汽压足够低衬底外表要有足够的反响气体供应衬底外表要有足够的反响气体供应2

30、影响要素影响要素堆积温度；反响气体配比；衬底堆积温度；反响气体配比；衬底4 分分 类类v 通常通常CVDCVD的反响温度范围分为低温的反响温度范围分为低温200-500 200-500 、中、中温温500-1000 500-1000 、高温、高温1000-1300 1000-1300 ；v 中温中温CVDCVD的反响温度的反响温度500-800 500-800 ，通常经过金属有机化合，通常经过金属有机化合物在较低温度的分解来实现，也叫金属有机化合物物在较低温度的分解来实现，也叫金属有机化合物CVDCVDMOCVDMOCVD；v 等离子体加强等离子体加强CVDCVDPCVDPCVD、激光、激光C

31、VDCVDLCVDLCVD中化学反中化学反响被激活可使温度降低。响被激活可使温度降低。2. CVD2. CVD的化学反响和特点的化学反响和特点反应方式反应方式特点特点反应举例反应举例热分解反应热分解反应在简单的单温区炉中，在真在简单的单温区炉中，在真空或惰性气氛中加热衬底至空或惰性气氛中加热衬底至一定温度，通入反应气体，一定温度，通入反应气体，流经衬底表面的反应气在衬流经衬底表面的反应气在衬底表面分解，产生所需的固底表面分解，产生所需的固态生成物沉积于衬底上形成态生成物沉积于衬底上形成薄膜。主要反应物材料有：薄膜。主要反应物材料有：金属有机化合物、氢化物，金属有机化合物、氢化物，金属卤化物，硼

32、的氯化物、金属卤化物，硼的氯化物、氢化物，氢化物，族氢化物、氯化族氢化物、氯化物，物，族的羰基氢化物、氯族的羰基氢化物、氯化物及一些气态络合物、化化物及一些气态络合物、化合物等。合物等。SiH4 SiSi + 2H + 2H2Ga(CH3)3 +AsH3 GaAs + CH4AlCl3.NH3 AlN + 3HCl700-1000 630-675 800-1000 反应方式反应方式特点特点反应举例反应举例合成反应合成反应由两种和两种以上气态反应由两种和两种以上气态反应物在热的衬底表面发生反应，物在热的衬底表面发生反应，生成且只生成一种固态生成生成且只生成一种固态生成物。它与热解相对。一般，物。

33、它与热解相对。一般，涉及两种以上反应物的涉及两种以上反应物的CVD反应均可认为是合成反应，反应均可认为是合成反应，如氧化反应、还原反应。如氧化反应、还原反应。3SiCl4 +4NH3 SiSi3N N4 +12HCl +12HCl2TiCl4 +N2 +4H2 2TiN + 8HCl氧化还原反应氧化还原反应氧化和还原两种反应的统称，氧化和还原两种反应的统称，在反应中涉及到元素化合价在反应中涉及到元素化合价的升降。一些热分解反应也的升降。一些热分解反应也属于此类属于此类SiHCl3 +H2 SiSi + 3HCl + 3HClSiH2Cl2 SiSi + 2HCl + 2HCl水解反应水解反应以

34、水汽与气态源物质反应，以水汽与气态源物质反应，生成固态氧化物生成固态氧化物SiCl4 +2H2O SiOSiO2 +4HCl +4HCl形成氮化物形成氮化物3SiH4 +4NH3 SiSi3N N4 +12HCl +12HCl800-1000 350-900 1100-1200 1050 反应方式反应方式特点特点反应举例反应举例形成碳化物形成碳化物TiCl4 +CH4 TiC +4HCl +4HCl歧化反应歧化反应元素在汽相中存在两种价态，元素在汽相中存在两种价态，利用反应中价态的改变，实利用反应中价态的改变，实现物质的沉积现物质的沉积Si(s) +SiI4(g) 2SiISiI2 2 3Ga

35、I + As2 2GaAs + GaI + GaI3 33GaCl 3GaCl 2Ga + GaCl3MO反应反应以金属有机化合物为原料，以金属有机化合物为原料，在较低沉积温度反应，制备在较低沉积温度反应，制备薄膜薄膜Ga(CH3)3 +AsH3 GaAs + 3CH4反应方式反应方式特点特点反应举例反应举例化学输运反化学输运反应应以目标沉积物为源物质，某以目标沉积物为源物质，某种气体介质（输运剂）与其种气体介质（输运剂）与其在源区反应生成气态化合物，在源区反应生成气态化合物，该化合物经载气携带或化学该化合物经载气携带或化学迁移输运到沉积区（该区温迁移输运到沉积区（该区温度与源区不同），并在衬

36、底度与源区不同），并在衬底上发生逆反应，重新生成目上发生逆反应，重新生成目标物，在衬底上沉积。这一标物，在衬底上沉积。这一反应过程称为化学输运反应反应过程称为化学输运反应6GaAs(s) + 6HCl(g) As4 + As2 +GaCl + 3H2 等离子体激等离子体激发反应发反应SiH4 + 4/3N 1/3Si3N4 光激发反应光激发反应SiH4 + 4/3NH3 1/3Si3N4 + 2H + 2H2T1T2h3. CVD方法与安装方法与安装1流通式流通式CVD组组 成成q 气体净化系统气体净化系统q 气体丈量与控制系统气体丈量与控制系统q 反响器反响器q 尾气处置系统尾气处置系统q

37、抽真空系统抽真空系统特特 点点q 反响气延续供应、气态产物延续排放，反响非平衡反响气延续供应、气态产物延续排放，反响非平衡q 惰性气体为输运载气惰性气体为输运载气q 反响气压普通为一大气压反响气压普通为一大气压2封锁式封锁式CVD在封锁环境进展反响，与外界无质量交换。在封锁环境进展反响，与外界无质量交换。特特 点点q 坚持真空度、无需延续抽气，不易被外界污染坚持真空度、无需延续抽气，不易被外界污染q 可用于高蒸汽压物质的堆积可用于高蒸汽压物质的堆积q 资料生长率小、消费本钱高资料生长率小、消费本钱高3 3常压常压CVDCVDq 反响器内压强近于大气压，其它条件与普通反响器内压强近于大气压，其它

38、条件与普通CVDCVD一样。一样。q 普通分流通式和封锁式两种反响器。普通分流通式和封锁式两种反响器。q 多用于半导体集成电路制造多用于半导体集成电路制造4 4低压低压CVDCVDq 任务气压任务气压10-1000Pa10-1000Pa。q 普通分流通式和封锁式两种反响器。普通分流通式和封锁式两种反响器。q 多用于半导体集成电路制造多用于半导体集成电路制造5 5触媒触媒CVDCVD热丝热丝CVDCVDv Cat CVD反响器组成：反响器组成：v 供气系统、反响钟罩、热丝电极、真空抽气系统供气系统、反响钟罩、热丝电极、真空抽气系统v 原原 理理在一定真空度下，反响在一定真空度下，反响气体进入钟罩

39、，流过热气体进入钟罩，流过热丝；丝；热丝释放的热电子使气热丝释放的热电子使气体原子由基态变为激发体原子由基态变为激发态或离化态或离化 ，并相互反响，并相互反响生成所需固态反响物，生成所需固态反响物，堆积于基底堆积于基底触媒触媒CVDCVD的主要参数的主要参数热丝温度或热丝电流热丝温度或热丝电流热丝温场分布热丝温场分布热丝与衬底间的间隔热丝与衬底间的间隔反响气体及载气流量反响气体及载气流量衬底温度衬底温度触媒触媒CVDCVD的特点的特点设备简单，操作简便设备简单，操作简便高的热丝温度有利于气体原子的的激发，反响部分高的热丝温度有利于气体原子的的激发，反响部分能量较高能量较高可经过流量计控制气体流

40、量，从而控制反响速度可经过流量计控制气体流量，从而控制反响速度生长速度较快生长速度较快热丝在高温下会蒸发而呵斥薄膜的污染热丝在高温下会蒸发而呵斥薄膜的污染热丝热丝CVDCVD常用于金刚石、立方氮化硼等薄膜的合成常用于金刚石、立方氮化硼等薄膜的合成6 6等离子体等离子体CVDCVDPECVDPECVD 将等离子体引入将等离子体引入CVDCVD技术。等离子体中的电子与分子原技术。等离子体中的电子与分子原子碰撞，可以使分子在低温下即成为激发态，实现原子间子碰撞，可以使分子在低温下即成为激发态，实现原子间在低温下的化合。在低温下的化合。原原 理理等离子体对等离子体对CVD的作用的作用将反响气体激发为活性离子，降低反响所需温度将反响气体激发为活性离子，降低反响所需温度加速反响物的外表迁移率，提高成膜速率