化学气相沉积CVD().PPT

§8.3 化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积 —— Chemical Vapor Deposition，缩写为：CVD； 在一个加热的基片或物体表面上，通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学反应，而形成不挥发的固态膜层或材料的过程； 分为普通CVD、等离子体化学气相沉积（PECVD）和光CVD（PCVD）等。 一、普通CVD 1. 基本原理 利用气体物质在固体表面进行化学反应，从而在该固体表面生成固体沉积物的一种技术，根据化学反应的形式，化学气相沉积可分为以下两类： （1）热分解反应沉积 ——利用化合物加热分解，在基体（基片或衬底）表面得到固态膜层的技术。 常用于制备金属、半导体和绝缘体等各种薄膜，是化学气相沉积中的最简单形式，例如： SiH4 (气) 800℃～1200℃? Si(固)＋2H2 ↑ Ni(CO)4(气) 190～240℃? Ni(固)＋4 CO↑ CH4(气) 900~1200℃? C(固)＋2H2 ↑ TiI4(气) 加热 ? Ti(固)＋2I2 ↑ 用作热分解反应沉积的气态化合物原料主要有： 硼的氯化物，氢化物； 第IV族大部分元素的氢化物和氯化物； VB、VIB族的氢化物和氯化物； 铁、镍、钴的羰基化合物和羰基氯化物； 以及铁、镍、铬、铜等的金属有机化合物等。 （2）化学反应沉积 ——由两种或两种以上的气体物质在加热的基体表面上发生化学反应而沉积成固态膜层的技术。 包括了除热分解以外的其它化学反应，例如： SiCl4(气)＋2H2(气) 1200℃? Si(固)＋4HCl↑ WF6(气) ＋3H2(气) 500～700℃? W(固)＋6HF↑ 2AlCl3(气)＋3CO2(气)＋3H2(气) ? Al2O3(固)＋ 6HCl↑＋ 3CO(气)↑ (CH3)3Ga(气)＋ AsH3(气) 630～675℃? GaAs(固)＋3CH4(气) ↑ 3SiH4(气)＋ 4NH3(气) ?Si3N4(固)＋ 12H2(气)↑ （3）沉积条件 ① 在沉积温度下，反应物有足够高的蒸气压； ② 生成物中，除了一种所需要的沉积物为固态外，其余都必须是气态； ③ 沉积物本身的蒸气压应足够低，以保证整个沉积反应过程始终能保持在加热的基体上； ④ 基体本身的蒸气压在沉积温度下也应足够低，不易挥发。 2. 沉积装置 主要由反应器（室）、供气系统和加热系统等组成 反应器的类型： 沉积过程： ① 在主气流区域，反应物从反应器入口到分解区域的质量输运； ② 气相反应产生膜形成的前驱体和副产物； ③ 成膜前驱体质量输运至生长表面； ④ 成膜前驱体吸附在生长表面； ⑤ 成膜前驱体表面扩散至生长点； ⑥ 表面反应和构成膜的生长； ⑦ 表面反应产物的副产物分解； ⑧ 副产物从分解区向反应器出口进行质量输运，直至排出。 3. 分类 （1）按照沉积温度的高低分类： 高温CVD ＞ 5 00℃, 广泛用来沉积 Ⅲ一Ⅴ族和Ⅱ－Ⅵ族 化合物半导体； 低温CVD ＜ 500℃, 主要用于基片或衬底温度不宜在高温 下进行沉积的某些场合，如沉积平面 硅和MOS集成电路的纯化膜。 （2）按照沉积时系统压强的大小分类： 常压CVD（NPCVD），～1atm； 低压CVD（LPCVD），10～100Pa； LPCVD具有沉积膜均匀性好、台阶覆盖及一致性较好、针孔较小、膜结构完整性优良、反应气体的利用率高等优点，不仅用于制备硅外延层，还广泛用于制备各种无定形钝化膜，如 SiO2和Si3N4以及多晶硅薄膜。 LPCVD是一种很有前途的薄膜沉积技术！ 4.影响沉积膜质量的因素 （l）沉积温度T沉积： T沉积是影响沉积质量的主要因素： T↗，沉积速度↗，沉积物愈致密，结构完善； T沉积根据沉积物的结晶温度，并兼顾基体的耐热性决定。 例如： AlCl3+CO2+H2 1100℃，反应不完全? ??Al2O3 1150℃? ??Al2O3(多晶) 1500～1550℃???Al2O3(单