化学气相沉积解释.pdf

化学气相沉积 第 9 章 2? 基本概念 ? 化学气相沉积发展历程 ? 化学气相沉积基本原理 ? 化学气相沉积合成方法的适用范围 ? 化学气相沉积工艺及设备 ? 化学气相沉积工艺参数 ? 化学气相沉积方法应用举例 目 录 3 4? 化学气相沉积是通过化学反应的方式，利用加热、等离 子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽 状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固 态沉积物的技术。 从气相中析出的固体的形态主要有下列几种： 在固体表面上生成薄膜、晶须和晶粒 在气体中生成粒子 5CVD技术的分类 CVD技术 低压CVD（LPCVD） 常压CVD（APCVD）） 亚常压CVD(SACVD) 超高真空CVD(UHCVD) 等离子体增强CVD(PECVD) 高密度等离子体CVD(HDPCVD 快热CVD(RTCVD) 金属有机物CVD(MOCVD 6常用三种CVD技术优缺点 沉积方式 优点 缺点 常压CVD 反应器结构简单 沉积速率快 低温沉积 阶梯覆盖能差 粒子污染 低压CVD 高纯度 阶梯覆盖能力极佳 产量高 适合于大规模生产 高温沉积 低沉积速率 等离子CVD 低温制程 高沉积速率 阶梯覆盖性好 化学污染 粒子污染 7 8古人类在取暖 或烧烤时在岩 洞壁或岩石上 的黑色碳层 20世纪50年代 主要用于刀具 涂层 80年代低压 CVD成膜技 术成为研究 热潮 近年来 PECVD、 LCVD等高 速发展 20世纪60- 70年代用于 集成电路 9 10 CVD是建立在化学反应基础上的，要制备特定性能 材料首先要选定一个合理的沉积反应。 用于CVD技术的通常有如下所述几种反应类型。 CVD是一种材料表面改性技术。它利用气相间的反应， 在不改变基体材料的成分和不削弱的基体材料的强度 条件下，赋予材料表面一些特殊的性能。 11 热分解反应 氧化还原反应 化学合成反应 化学输运反应 等离子增强反应 0475 C 3 2 2 4Cd(CH) +HS CdS+2CH???→ 0325~475 C 4 2 2 2SiH +2O SiO +2HO????→ 0750 C 4 3 4 23SiH +4NH SiN +12H???→ 0 0 1400 C 2 6~3000 C W(s)+3I (g) WI (g)????→←??? 0~350 C 4 2SiH a-Si(H)+2H???→ 其他能源增强反应 6W(CO) W+6CO???→ 激光束 12 CVD技术的热动力学原理 化学气相沉积的五个主要步骤： (a)反应物扩散通过界面边界层； (b)反应物吸附在基片的表面； (c)化学沉积反应发生； (d) 部分生成物扩散通过界面边界层； (e)生成物与反应物进入主气流里，并离开系统 CVD反应是由这五个 主要步骤所构成的 。因为进行这五个 的发生顺序成串联 ，因此CVD反应的速 率取决于步骤，将 由这五个步骤里面 最慢的一个来决定 13 1.输送现象 热能传递主要有传导、对流、辐射三种方式 热传导方式来进行基片加热的装置 单位面积能量传递= 热传导是固体中热 传递的主要方式， 是将基片置于经加 热的晶座上面，借 着能量在热导体间 的传导，来达到基 片加热的目的 cod c TE k X Δ = Δ 14 单位面积的能量辐射=Er=hr（Ts1- Ts2） 物体因自身温度而 具有向外发射能量的 本领，这种热传递的 方式叫做热辐射。利 用热源的热辐射来加 热，是另一种常用的 方法 . 15 对流传热是流体通过自身各部的宏观流动 实现热量传递的过程，它主要借着流体的 流动而产生。 ? 两种常见的流体流动方式 单位面积的能量辐射=Econ=hc（Ts1- Ts2） 16 体流经固定表面时所形成的边界层δ及δ与移动方向x之间的关系 边界层的厚度δ，与 反应器的设计及流 体的流速有关 1/22 0d x v μδ ρ ? ? ∝ ? ? ? ? CVD设计倾向于层流流动 1/22 Re xδ ? ? ∝ ? ? ? ?x是流体在固体表面顺着流动方向移动的距离 17 CVD反应物从主气流里往基片表面扩 散时反应物在边界层两端所形成 的浓度梯度 18 CVD动力学 显示以TEOS为反应气体的CVDSiO2沉积 的沉积速率与温度之间的关系曲线 基本上CVDSiO2的沉 积速率，将随着温 度的上升而增加。 但当温度超过某一 个范围之后，温度 对沉积速率的影响 将变得迟缓且不明 显 19 ◆ 前者成为沉积薄膜的一部分；后者将同样利用扩散效应 来通过边界层并进入主气流里。 CVD过程总结 ◆ CVD反应的进行，涉及到能量、动量、及质量的传递。 ◆ 反应气体是借着扩散效应，来通过主气流与基片之间的 边界层，以便将反应气体传递到基片的表面。 ◆ 因能量传递而受热的