5.2 气相沉积法.ppt

* * * * * * * * * * * * * 用于沉积SiO2的连续冷壁式常压CVD反应器 Chapter5 Preparation of Materials 沉积压力低于100 torr 表面反应控制 可以沉积出均匀的、步覆盖能力较佳的、质量较好的薄膜 缺点：沉淀速度较慢，需低压设备 * Chapter5 Preparation of Materials 化学气相沉积——低压化学气相沉积 LPCVD在微电子技术中的应用 广泛用于沉积掺杂或不掺杂的氧化硅、氮化硅、多晶硅、硅化物薄膜，Ⅲ-Ⅴ族化合物薄膜以及钨、钼、钽、钛等难熔金属薄膜。 Low pressure CVD * Chapter5 Preparation of Materials * Equipment of LPCVD LPCVD设备 Chapter5 Preparation of Materials * Low pressure CVD Chapter5 Preparation of Materials 5.2.2.4 CVD的优缺点 Advantage of CVD 不存在沉积视线阴影，可以对复杂的三维工件进行沉积镀膜。 具有高的沉积速度，并可获得厚的涂层（有时厚度可达厘米级）； 大于99.9%之高密度镀层，有良好的真空密封性； 沉积的涂层对底材具有良好的附着性； 可在相当低的温度下镀上高熔点材料镀层； 可控制晶粒大小与微结构 CVD设备通常比PVD简单、经济。 * Chapter5 Preparation of Materials Disadvantage of CVD 反应需要挥发性化合物，不适用于一般可电镀的金属，因其缺少适合的反应物，如：锡、锌、金； 需可形成稳定固体化合物的化学反应，如：硼化物、氮化物及硅化物等； 因有剧毒物质的释放，腐蚀性的废气及沉积反应需适当控制，需要封闭系统； 某些反应物价格昂贵； 反应物的使用率低，反应常受到沉积反应平衡常数的限制。 * Chapter5 Preparation of Materials CVD的应用 CVD法主要应用于两大方向：一是沉积薄膜；二是制取新材料，包括金属、难熔材料的粉末和晶须以及金刚石薄膜、类金刚石薄膜、碳纳米管材料材料等。 目前CVD技术在保护膜层、微电子技术、太阳能利用、光纤通信、超导技术、制备新材料等许多方面得到广泛的应用。 沉积薄膜 ①保护膜层 CVD技术可在工件表面制备超硬耐磨、耐蚀和抗氧化等保护膜层。 ②微电子技术 半导体器件特别是大规模集成电路的制作过程中，半导体膜的外延、p-n结扩散源的形成、介质隔离、扩散掩膜和金属膜的沉积等是其工艺的核心步骤。 CVD在制备这些材料层的过程中逐渐取代了像硅的高温氧化和高温扩散等旧工艺，在现代微电子技术占据了主导地位。 ③光纤通讯 光纤通信由于其容量大、抗电磁干扰、体积小、对地形适应性强、必威体育官网网址性高以及制造成本低等优点，因此得到迅速发展。通信用的光导纤维是用CVD技术制得的石英玻璃棒经烧结拉制而成的。 ④太阳能利用 化学气相沉积和液相外延是最主要的制备技术。 ⑤超导技术 利用CVD生产的铌Nb3Sn低温超导带材，具有膜层致密，厚度较易控制，力学性能好的特点，是导致高场强小型磁体的最优良材料。 制备新材料 ①CVD制备难熔材料的粉末和晶须 实际上晶须正成为一种重要的工程材料，因为在发展复合材料方面它具有非常大的作用。 在陶瓷中加入微米量级的超细晶须，已证明可使复合材料的韧性得到明显的改进。 由于传统的CVD沉积温度大约在800℃以上，所以必须选择合适的基体材料。 例如大部分钢就不合适， 这是由于它们会发生固态相变以及引起尺寸变化。 另外由于钢和镀层热膨胀系数的差别，冷却时在界面上产生相当大的切向应力会使结合破坏。 此外钢表面与反应室气体的反应，可能会在界面形成不希望的相。如反应室气体一般为氢气和卤化物，沉积反应时产生的HCl会与表面反应产生有害化合物。 常用的基体包括： 各种难熔金属（钼常被采用）、 石英、 陶瓷、 硬质合金等， 它们在高温下不容易被反应气体侵蚀。 当沉积温度低于700℃时，也可以钢为基体，但对钢的表面必须进行保护，一般用电镀或化学镀的方法在表面沉积一薄层镍。 ②CVD法制备金刚石和类金刚石薄膜 金刚石不仅可以加工成昂贵的宝石，在工业中也大有可为。 ③制备碳纳米管 CVD法由于具有工艺条件可控，容易批量生产等优点，自发现以来受到极大关注，成为合成碳纳米管的主要方法之一。 CVD技术的发展 随着工业生产要求的不断提高， CVD的工艺及设备得到不断改进，不仅启用了各种新型的加热源，还充分利用等离子体、激光、电子束等辅助方法降低了反应温度，使其应用的范围更加广阔。 CVD今后应该朝着减少有害生成物，提