化学气相沉积CVD

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1、化学气相沉积1前言化学气相沉积CVD(ChemicalVaporDeposition)是利用加热，等离子体激励或光辐射等方法，使气态或蒸汽状态的化学物质发生反应并以原子态沉积在置于适当位置的衬底上，从而形成所需要的固态薄膜或涂层的过程。一般地说，化学气相沉积可以采用加热的方法获取活化能，这需要在较高的温度下进行；也可以采用等离子体激发或激光辐射等方法获取活化能，使沉积在较低的温度下进行。另外，在工艺性质上，由于化学气相沉积是原子尺度内的粒子堆积，因而可以在很宽的范围内控制所制备薄膜的化学计量比；同时通过控制涂层化学成分的变化，可以制备梯度功能材料或得到多层涂层。在工艺过程中，化学气

2、相沉积常常在开放的非平衡状态下进行，根据耗散结构理论，利用化学气相沉积可以获得多种晶体结构。在工艺材料上，化学气相沉积涵盖无机、有机金属及有机化合物，几乎可以制备所有的金属（包括碳和硅），非金属及其化合物（碳化物、氮化物、氧化物、金属间化合物等等）沉积层。另外，由于气态原子或分子具有较大的转动动能，可以在深孔、阶梯、洼面或其他形状复杂的衬底及颗粒材料上进行沉积。为使沉积层达到所需要的性能，对气相反应必须精确控制。正是由于化学气相沉积在活化方式、涂层材料、涂层结构方面的多样性以及涂层纯度高工艺简单容易进行等一系列的特点，化学气相沉积成为一种非常灵活、应用极为广泛的工艺方法，可以用来制

3、备各种涂层、粉末、纤维和成型元器件。特别在半导体材料的生产方面，化学气相沉积的外延生长显示出与其他外延方法（如分子束外延、液相外延）无与伦比的优越性，即使在化学性质完全不同的衬底上，利用化学气相沉积也能产生出晶格常数与衬底匹配良好的外延薄膜。此外，利用化学气相沉积还可生产耐磨、耐蚀、抗氧化、抗冲蚀等功能涂层。在超大规模集成电路中很多薄膜都是采用CVD方法制备。经过CVD处理后，表面处理膜密着性约提高30%，防止高强力钢的弯曲，拉伸等成形时产生的刮痕。-10-2化学气相沉积原理化学气相沉积过程分为四个重要阶段；反应气体向基体表面扩散，反应气体吸附于基体表面，在基体表面上产生的气相副产

4、物脱离表面，留下的反应产物形成覆层。利用化学气相沉积制备薄膜材料首先要选定一个或几个合理的沉积反应。根据化学气相沉淀过程的需要，所选择的化学反应通常应该满足：（1）反应物质在室温或不太高的温度下最好是气态，或由很高的蒸气压，且有很高的纯度；（2）通过沉积反应能够形成所需要的材料沉积层；（3）反应易于控制。用于化学气相沉淀的化学反应有多种类型，其反应原理与特点介绍如下：（1）热分解反应气态氢化物、羰基化合物以及金属有机化合物与高温衬底表面接触，化合物高温分解或热分解沉积而形成薄膜。例如：SiH4Si+2H2Ni(CO)4Ni+4CO（2）氧化反应含薄膜元素的化合物与氧气一同进入反应器

5、，形成氧化反应在陈地上沉积薄膜。例如：SiH4+O2SiO2+2H2（3）还原反应用氢、金属或基材作还原剂还原气态卤化物，在衬底上沉积形成纯金属膜或多晶硅膜。（4）水解反应卤化物与水作用制备氧化物薄膜或晶须。（5）可逆输送化学转化或输运过程的特征是在同一反映其维持在不同温度的源区和沉淀区的可逆的化学反应平衡状态。（6）形成化合物由两种或两种以上的气态物质在加热的衬底表面上发生化学反应而沉积出固态薄膜，这种方法是化学气相沉积中使用最普遍的方法。（7）聚合反应-10-利用放电把有机类气态单体等离子化，使其产生各类活性种，由这些活性种之间或活性种与单体之间进行加成反应，形成聚合物。（1）

6、激发反应利用等离子体、紫外光、激光灯方法，使反应气体在基片上沉积出固态薄膜的方法。3化学气相沉积的类型化学气相沉积（CVD）技术有多种分类方法，以主要特征进行综合分类，可分为热化学气相沉积（TCVD）、低压化学气相沉积（LPCVD）、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、金属有机化学气相沉积（MOCVD）等，下面拟就这些方法分别加以介绍。3.1热化学气相沉积（TCVD）热化学气相沉积是指采用衬底表面热催化方式进行的化学气相沉积。该方法沉积温度较高，一般在800℃~1200℃左右，这样的高温使沉底的选择受到很大限制，但它是化学气相沉积的经典方法。3.1.1热化学气相沉积装置热化学气

7、相沉积装置，它包括相互关联的三个部分：气相供应系统、沉积室或反应室以及排气系统。（1）气体供应系统CVD气体由反应气体和载气组成。反应气体既可以以气态供给，也可以以液态或者固态供给。当反应气体为气态时，由高压钢瓶经减压阀取出，可通过流量计控制流量。当反应气体为液态时，可采用两种方法使之气化，一是把液体通入蒸发容器中，同时使载气从温度恒定的液面上通过，这样液体在相应温度下产生的蒸气由载气携带进入反应室；二是让载气通过液体，利用产生的气泡使液体汽化，继而将反应气体携带出去