化学气相沉积教学内容.ppt

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1、化学气相沉积一、化学气相沉积的原理定义：化学气相沉积（Chemicalvapordeposition)简称CVD技术，是利用加热、等离子体激励或光辐射等方法，从而形成所需要的固态薄膜或涂层的过程。从理论上来说，它是很简单的：将两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到基体表面上。一、化学气相沉积的原理原理：CVD是利用气态物质在固体表面进行化学反应，生成固态沉积物的过程三个步骤1.产生挥发性物质2.将挥发性物质运到沉积区3.挥发性物质在基体上发生化学反应一、化学气相沉积的原理CVD化

2、学反应中须具备三个挥发性条件：（1）反应产物具有足够高的蒸气压（2）除了涂层物质之外的其他反应产物必须是挥发性的（3）沉积物具有足够低的蒸气压一、化学气相沉积的原理化学气相沉积的反应过程化学反应可在衬底表面或衬底表面以外的空间进。（1）反应气体向衬底表面扩散（2）反应气体被吸附于衬底表面（3）在表面进行化学反应、表面移动、成核及膜生长（4）生成物从表面解吸（5）生成物在表面扩散在这些过程中反应最慢的一步决定了反应的沉积速率。一、化学气相沉积的原理CVD化学反应原理的微观和宏观解释1）微观方面：反应物分子在高温下由于获得较高的能量得到活化，内部的

3、化学键松弛或断裂，促使新键生成从而形成新的物质。（2）宏观方面：一个反应能够进行，则其反应吉布斯自由能的变化（△G0）必为负值。可以发现，随着温度的升高，有关反应的△G0值是下降的，因此升温有利于反应的自发进行。并且对于同一生成物，采用不同的反应物，进行不同的化学反应其温度条件是不同的，因此选择合理的反应物是在低温下获得高质量涂层的关键。一、化学气相沉积的原理在CVD过程中，只有发生气相-固相交界面的反应才能在基体上形成致密的固态薄膜。CVD中的化学反应受到气相与固相表面的接触催化作用，产物的析出过程也是由气相到固相的结晶生长过程。在CVD反应

4、中基体和气相间要保持一定的温度差和浓度差，由二者决定的过饱和度产生晶体生长的驱动力。一、化学气相沉积的原理化学气相沉积反应的物质源1、气态物质源如H2、N2、CH4、O2、SiH4等。这种物质源对CVD工艺技术最为方便，涂层设备系统比较简单，对获得高质量涂层成分和组织十分有利。2、液态物质源此物质源分两种：（1）该液态物质的蒸汽压在相当高的温度下也很低，必须加入另一种物质与之反应生成气态物质送入沉积室，才能参加沉积反应。(2)该液态物质源在室温或稍高一点的温度就能得到较高的蒸汽压，满足沉积工艺技术的要求。如：TiCl4、CH3CN、SiCl4、

5、VCl4、BCl3。3、固态物质源如：AlCl3、NbCl5、TaCl5、ZrCl4、WCl6等。它们在较高温度下（几百度）才能升华出需要的蒸汽量，可用载气带入沉积室中。因为固态物质源的蒸汽压对温度十分敏感，对加热温度和载气量的控制精度十分严格，对涂层设备设计、制造提出了更高的要求。一、化学气相沉积的原理常见的反应类型1、热分解2、还原反应3氧化反应4、歧化反应5、合成或置换反应6、化学传输反应一、化学气相沉积的原理（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。SiH4Si+2

6、H2800℃～1000℃一、化学气相沉积的原理（2）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。SiCl4+2ZnSi+2ZnCl2△一、化学气相沉积的原理（3）氧化反应含薄膜元素的化合物与氧气一同进入反应器，形成氧化反应在衬底上沉积薄膜。SiH4+O2SiO2+2H2一、化学气相沉积的原理（4）歧化反应2GeI2﹙g﹚Ge﹙s,g﹚+GeI4﹙g﹚（5）合成或置换反应SiCl4﹙g﹚+CH4﹙g﹚SiC﹙g﹚+4HCl﹙g﹚（6）化学传输反应Zr的提纯：Zr(s)+2I2(g)ZrI4(g)Zr(s)+

7、2I2(g)ZnSe单晶生长:ZnSe(s)+I2(g)ZnI2(g)+1／2Se2(g)250～550℃1300～1400℃二、化学气相沉积的工艺方法不同的涂层，其工艺方法一般不相同。但他们有一些共性，即每一个CVD系统都必须具备如下功能：①将反应气体及其稀释剂通入反应器，并能进行测量和调节；②能为反应部位提供热量，并通过自动系统将热量反馈至加热源，以控制涂覆温度。③将沉积区域内的副产品气体抽走，并能安全处理。此外，要得到高质量的CVD膜，CVD工艺必须严格控制好几个主要参量：①反应器内的温度。②进入反应器的气体或蒸气的量与成分。③保温时间及

8、气体流速。④低压CVD必须控制压强。二、化学气相沉积的工艺方法以沉积TiC为例，CVD法沉积TiC的装置示意于图二、化学气相沉积的工艺方法其中，工件1