1、镀膜技术CVD原文地址：http:/ 化学气相沉积(CVDChemical vapor deposition)概 念：气态反应物在一定条件下，通过化学反应，将反应形成的固相产物沉积于基片表面，形成固态薄膜的方法。基本特征：由反应气体通过化学反应沉积实现薄膜制备！ 设备的基本构成： 气体输运? 气相反应 ? 去除副产品 （薄膜沉积）Chemical vapor deposition, CVD主要优势：1）能形成多种金属、非金属和化合物薄膜；2）组分易于控制，易获得理想化学计量比，薄膜 纯度高； 3）成膜速度快、工效高（沉积速率 PVD、 单炉处理批量大）； 4）沉积温度高、薄膜致密、结晶完整、表
2、面平滑、内部残余应力低； 5）沉积绕射性好，可在复杂不规则表面（深孔、大台阶）沉积；主要缺点：1）沉积温度高，热影响显著，有 时甚至具有破坏性；2）存在基片-气氛、设备-气氛间反应，影响基片及设备性能及寿命； 3）设备复杂，工艺控制难度较大。化学反应的主控参数： ? 气体参数：流量、组分、温度、分压。? ?设备参数：真空室构型、基片放臵及回转方式。? ?换能器件膜层：太阳能电 池非晶Si 膜，成本 ? ?半导体工业 ? ?半导体、介电膜层：III - V族、II ? VI族等半导体薄膜 主要应用场合： ? ? ?高硬耐磨膜 层：TiC 、TiN 、SiC ? 表面处理技术 ? ? ?装饰膜层：
3、TiN ?Chemical vapor deposition, CVDCVD的主要化学反应类型热解 反应 还原 反应 氧化 反应 置换 反应 歧化 反应 输运 反应一、热解反应：薄膜由气体反应物的热分解产物沉积而成。1）反应气体：氢化物、羰基化合物、有机金属化合物等。 2）典型反应： 硅 烷沉积多晶Si 和非晶Si 薄膜： SiH4 (g) ? Si (s) + 2H2 (g) 6501100 羰基金属化合物低温沉积稀有金属薄膜： Ni(CO)4 (g) ? Ni (s) + 4CO (g) 140240Pt(CO)2Cl2 (g) ? Pt (s) + 2CO (g) + Cl2 (g) 6
4、00 有机金属化合物沉积高熔点陶瓷薄膜： 2Al(OC3H7)3 (g) ?Al2O3(s)+6C3H6(g)+3H2O(g) 420异丙醇铝 Tm2050 丙烯 单 氨络合物制备氮化物薄膜： AlCl3 NH3 (g) ? AlN (s) + 3HCl (g) 800-1000Chemical vapor deposition, CVDCVD的主要化学反应类型热解 反应 还原 反应 氧化 反应 置换 反应 歧化 反应 输运 反应二、还原反应：薄膜由气体反应物的还原反应产物沉积而成。 1）反应气体：热稳定性较好的卤化物、羟基化合物、卤氧化物等 + 还原性气体。 2）典型反应： H2还原SiCl
5、4外延制备单 晶Si 薄膜： SiCl4 (g) + 2H2 (g) ? Si (s) + 4HCl (g) 1200 300 六氟化物低温制备难熔金属W、Mo薄膜： WF6 (g) + 3H2 (g) ? W (s) + 6HF (g)Tm3380Chemical vapor deposition, CVDCVD的主要化学反应类型热解 反应 还原 反应 氧化 反应 置换 反应 歧化 反应 输运 反应三、氧化反应：薄膜由气体氧化反应产物沉积而成。 1）反应气体：氧化性气氛（如：O2）+ 其它化合物气体。 2）典型反应： 制 备SiO2薄膜的两种方法： SiH4 (g) + O2 (g) ? S
6、iO2 (s) + 2H2 (g) 4501500 SiCl4 (g) + 2H2 (g) + O2 (g) ? SiO2 (s) + 4HCl (g)Chemical vapor deposition, CVDCVD的主要化学反应类型热解 反应 还原 反应 氧化 反应 置换 反应 歧化 反应 输运 反应四、臵换反应：薄膜由臵换反应生成的碳化物、氮化物、硼化物沉 积而成。1）反应气体：卤化物 + 碳、氮、硼的氢化物气体。 2）典型反应： 硅 烷、甲 烷 臵换反应制备 碳化硅薄膜： SiCl4(g) + CH4(g) ? SiC(s) + 4HCl(g) 二氯硅烷与氨气反应沉积氮化硅薄膜： 3S
7、iCl2H2(g) + 4NH3(g) ? Si3N4(s) + 6H2(g) + 6HCl(g) 四氯化钛、甲 烷臵换反应制备碳化钛薄膜： 750 1400TiCl4(g) + CH4(g) ? TiC(s) + 4HCl(g)Chemical vapor deposition, CVDCVD的主要化学反应类型热解 反应 还原 反应 氧化 反应 置换 反应 歧化 反应 输运 反应五、歧化反应： 对具有多种气态化合物的气体，可在一定条件下促使一种化合物转变为另一种更稳定的化合物，同时形成薄膜。1）反应气体：可发生歧化分解反应的化合物气体。 2）典型反应： 二碘化锗（GeI2）歧化分解沉积纯Ge
8、薄膜： 2GeI2(g) ? Ge(s) + GeI4(g) 300600Chemical vapor deposition, CVDCVD的主要化学反应类型热解 反应 还原 反应 氧化 反应 置换 反应 歧化 反应 输运 反应六、输运反应：把需要沉积的物质当作源物质（不具挥发性），借助于适当的气体介质与之反应而形成一种气态化合物， 这种气态化合物再被输运到与源区温度不同的沉积区， 并在基片上发生逆向反应，从而获得高纯源物质薄膜的沉积。1）反应气体：固态源物质 + 卤族气体。 2）典型反应： 锗 （Ge）与碘（ I2）的输运反应沉积高纯Ge薄膜： （类似于Ti的碘化精炼过程）：- 200 Ti
9、 ( s ) 2 I 2 ( g ) ?100 ? ? ? TiI（ 4 g）? ? 1300-1500Chemical vapor deposition, CVDCVD化学反应和沉积原理一、反应过程【以TiCl4(g)+CH4(g)?TiC(s)+4HCl(g) 为例说明】 各种气体反应物流动进入扩散层； 第步（甲烷分解）：CH4 ? C + H2 第步（Ti的还原）：H2+TiCl4 ? Ti + HCl 第 步（游离Ti、C原子化合形成TiC）：Ti + C ? TiC二、CVD形成薄膜的一般过程：1）反应气体向基片表面扩散；2）反应物气体吸附到基片； 3）反应物发生反应；4）反应产物表
10、面析出、扩散、分离； 5）反应产物向固相中扩散，形成固溶体、化合物。注意：1）反应应在扩散层内进行，否则会生成气相均质核，固相产物会以粉末形态析出； 2）提高温度梯度和浓度梯度，可以提高新相的形核能力； 3）随析出温度提高，析出固相的形态一般按照下图所示序列变化：单晶 （外延） 板状 单晶 针状 单晶 树枝晶 柱状晶 微晶 非晶 粉末 （均相形核）T?T ?Chemical vapor deposition, CVDCVD沉积装臵一、概述：?反应气体和 载气的供给和 计量装臵 ? 1）基本系统 构成：?加热和冷却系统 ?反应气体的排出装臵或真空系统 ?2）最关键的物理量：? Why？?气相反应物的 过饱和度 ?沉积温度二者决定：薄膜沉积过程中的?成核率 ? ?沉积速率 ?微观结构 ?单晶 ? ? 进而决定获得的是 ?多晶 薄膜！ ?非晶 ?
