第十章 气相沉积技术.ppt

膜层的性能及应用 案例来源：《激光制备纳米材料、膜及应用 》，梁勇冯钟潮?，化学工业出版社 复合LCVD制备金刚石膜 复合LCVD制备金刚石膜 高纯金刚石膜沉积条件及其确认 沉积膜的金刚石形貌 影响金刚石沉积的主要工艺参数 激光 二氧化碳激光功率密度 反应气和氢气 XeCl激光功率密度 反应室压力 复合激光的作用及沉积机制 XeCl激光单光子能量不足以解离常态的C2H4； 二氧化碳激光加热基片至340°C热激活C2H4，使之处于高能级； 处于高振动态能级的C2H4可吸收XeCl激光光子，离解出C，生成sp3 键金刚石和sp2 键石墨 H2对308nm激光吸收率很低，二氧化碳激光和加热了的基片热作用， 生成活化H，促使金刚石生长，刻蚀石墨； 石墨对XeCl激光强吸收，使其迅速气化蒸发，金刚石对XeCl激光高透过率，得以保留。 致謝：本章案例及圖片摘自《激光制备纳米材料、膜及应用 》，梁勇、冯钟潮?，化学工业出版社 膜成分的控制 (a) O2:Ar =1:1(b) O2 案例来源：《激光制备纳米材料、膜及应用 》梁勇冯钟潮?化学工业出版社 化学气相沉积技术CVD 是通过气相物质的化学反应， 在基材表面上沉积固态薄膜的一种工艺方法。 各种化学反应：分解、化合、还原、置换等均可用来产生产生沉积于基片的薄膜， 反应多余物（气体）可由反应室排出。 CVD 实现的条件 气体的反应物的提供； 向反应室的气体及机片提供能量使化学反应进行； 反应室中的气体流动状态； 沉积物的本身的饱和蒸气压应足够低； 反应生成物除了所需的沉积物（膜）为固体，其余为气态。 CVD的基本过程 反应气体的获得并导入反应室 反应气体到达基片表面并吸附 在基片上产生化学反应 固态薄膜在基片表面形核、生长 多余的反应产物被排出 CVD的基本原理 化学反应的主要形式： 热分解反应：SiH4?Si+2H2 W(CO)6?W+6CO 氧化还原反应：SiCl4+O2?SiO2+2Cl4 置换反应：2SiI2←Si+SiI4 化合反应：3SiH2Cl2+4NH3?Si3N4+6H2+6HCl → CVD的工艺方法 常压及低压化学气相沉积（NPCVD及LPCVD） 电子束辅助化学气相沉积（EACVD） 激光化学气相沉积 （LCVD） 金属有机化合物的化学气相沉积（MOCVD） CVD薄膜的特征 薄膜均匀性好 薄膜应力低 本征应力 热应力 常压化学气相沉积 设备组成及反应过程： 反应器 加热系统 供气系统 CVD源物质 激光化学气相沉积（LCVD） 是用激光作为能量来源，用气态反应物通过化学反应途径生成固态膜的过程 按激光作用机制可以分为激光热解CVD和激光光解CVD。 * by Jing Liang School of Metallurgy and Materials 激光热解CVD 是用激光直接或间接加热反应气诱导化学反应生成膜的过程，与普通的CVD相似，是光子能量加热使气体热解沉积。 激光光解CVD 使激光诱导反应气发生光化学反应生成膜。 反应气对所使用的激光的特征波长有强吸收峰。 激光光解CVD过程 激光以足够的能量密度辐射在与其沉积部位的附近的反应气上； 反应气体分子通过吸收激光光子的到高化学活性； 光子激发能大于分子离解势垒，反应气分子离解； 光解产物相互间发生化学反应生成新产物，沉积在基片表面成膜或与基体发生化学反应成膜。 激光光解CVD LCVD的发展概况 1972年 Nelson、Richardson利用二氧化碳激光器制备碳膜。 光解LCVD：金属膜、半导体膜、介质膜等应用在太阳能电池、微电子学、超大集成电路芯片、金属内引线等领域 热解LCVD：金属及非金属膜，石英基材上沉积Si3N4微透镜、石英光纤等，针对微小型器件和表面优化。 LCVD的特点 沉积膜材料和基材选用广泛； 可实现选区或微区沉积；高精度沉积不影响基材性能； 可实现低温沉积或降低基材整体沉积温度； 可得高纯度膜层；成膜速率高； 以激光为能源容易实现快速加热与冷却； 避免一些PVD中的束流对基材和沉积膜的损伤； 热解LCVD对基体表面有热处理过程，复合表面强化。 LCVD设备 反应沉积室 激光入射窗 供、配气系统 连接真空系统的管路 工件或工作台 LCVD设备 激光系统 激光器的选用 激光与基片位置 导光系统 LCVD设备 LCVD制备硅及硅基膜 光解LCVD制备Si膜 应用及技术优势 光解LCVD制备Si膜工艺 真空系统 反应气和辅助气的选择 工艺及过程参数 * by Jing Liang School of Metallurgy an