等离子体化学气相沉积ppt课件.ppt

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1、8等离子体化学气相沉积（淀积）（PCVD）材料学院2014年10月主要内容1、CVD技术基础2、第二代薄膜技术PCVD基本特征3、PCVD装置4、PCVD膜的基本评价5、PCVD技术应用1、CVD技术基础化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition，CVD），通常是指将气态物质经化学反应生成固态物质并沉积在基片上的化学过程。反应式：A(g）+B（g）→C（s）+D（g）CVD的分类按激活反应体系所采用的能量方式不同，分：热CVD等离子增强CVD(PECVD,PCVD)激光增强CVD(LECVD)光CVD常规CVD优缺点最早应用的是热激发的常压CVD，其反应温度大多在1000℃以

2、上。优点：可制作金属、非金属及多成分合金薄膜成膜速度快，能同时制作多工件的均匀镀层在常压或低真空进行镀膜的绕射性好纯度高，致密性好，残余应力小，结晶良好获得平滑沉积表面辐射损伤低缺点反应温度太高常压CVD虽已有种种应用，但高温工艺是其制约：限定了化学薄膜合成的应用范围。对高温下易分解或者不稳定的物质不适用；生成的薄膜易受高温热损伤，影响膜的性能；对于基片的要求比较苛刻，使得选择余地少，成本增加；能源消耗大，操作条件差。因此，CVD技术低温化是一直寻求的目标！解决办法：利用金属有机化合物做源物质的化学气相沉积MOCVD是一个有效途径。AlR3（R为烷基）热分解沉积Al薄膜，反应温度200~250

3、℃Al（OC3H7)3热分解沉积Al2O3，反应温度420℃但这种方法也有问题：很多待沉积的物质，往往找不到合适的金属有机化合物做源物质，即使找得到，合成源物质本身一般也很麻烦；很多金属有机化合物本身易燃或有毒。2、PCVD技术基本特征等离子体化学气相沉积（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition)借助等离子体使含有薄膜组成原子的气态物质发生化学反应，在基片上沉积成膜的一种方式。特别适合于功能材料薄膜和化合物膜。通过气体放电来制备薄膜，从根本上改变了反应体系的能量供给方式，有效利用非平衡等离子体的反应特征。气压10-1~102Pa，Te>>Ti，电子温度比气体

4、温度约高1~2个数量级，这种热力学非平衡状态正适合于薄膜技术。等离子体中的电子温度高达10000K，有足够能量通过碰撞过程使气体分子激发、分解和电离；产生大量反应活性物质，而整个反应体系却保持较低温度；原本在热力学平衡态下需要相当高温度才能发生的化学反应，若利用非平衡等离子体便可在低得多的温度条件下实现；即PCVD的基本特征：实现了薄膜沉积工艺的低温化。另外，PCVD还可赋予所沉积薄膜以独特性能，而且是一种高生产能力、节省资源、节省能源的制膜工艺。PCVD和常压CVD温度比较薄膜物质反应物常压CVDPCVDSi3N4SiH4+NH3(N2)700-900℃250-500℃SiO2SiH4+N2

5、O900-1200℃200-300℃Al2O3AlCl3+O2700-1000℃100-500℃高聚物有机单体100℃3、PCVD基本装置基本类型：按发生方法分为：直流辉光放电射频放电——是应用最普遍的一种，分感应耦合和电容耦合两种微波放电——可与离子注入等手段相结合直流辉光PCVD装置以直流辉光放电等离子体增强措施沉积TiN为例，说明直流PCVD设备结构的特点，如图所示示意图。设备由气源系统、离子沉积反应室、抽气系统组成。所需通入的氢气，氮气必须为高纯气。由于反应室的真空度}=hCVD的高，故TiCI。不需用水浴加热便可气化。工件接电源负极，要有可靠的输电装置。沉积室壁接电源正极，工件可以吊

6、挂，也可以用托盘摆放。离子沉积室一般可不设辅助加热源。离子沉积室用旋片式机械泵抽真空。本底(即预抽)真空度为1～10Pa，沉积真空度为5×10-2Pa左右。工件靠反应气体放电产生的氮离子、氢离子、钛离子轰击加热至沉积温度。同时，这些高能态气体粒子在工件附近形成的阴极位降区内反应生成TiN并沉积在工件上。为防止氯化氢对环境和泵体的污染、腐蚀，在抽气管路上设置液氮冷阱使氯化氢气冷凝。射频放电PCVD、微波放电PCVD装置示意图感应耦合型PCVD（最早应用的）特点：结构简单，污染少。存在的问题：电场及气流分布不如平板型装置均匀，大面积沉积时膜厚均匀性差，一般基片面积以10cm2为限，适合作为小型实验

7、装置；由于高频线圈为开放式，空间干扰严重，如使用静电探针的话难度较大。平行板电容耦合型PCVD装置通常反应器外壳为不锈钢并且接地。特点：整体看，反应室处于零电位的导体所包围；自偏压数值较大，阳极基片上正在生长的薄膜可免遭荷能粒子的轰击；电场、气场和温度场的均匀性好。加热方式——如下两种：反应室外部下端加热——便于操作，减少污染；将加热器放到反应室内——更易于精确控温。平行板电容耦合型PCVD装置适