最新化学气相沉积CVD课件ppt
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化学气相沉积法ppt课件
应用：在制备半导体、氧化物、氮化物、碳化物 纳米薄膜材料中得到广泛应用。
反应温度：大约为900～2000℃，它取决于沉积 物的特性。
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2
中温CVD(MTCVD)：典型反应温度大约为 500～800℃，它通常是通过金属有机化 合物在较低温度的分解来实现的，所以又 称金属有机化合物CVD(MOCVD)。
①常压CVD法； ②低压CVD法； ③热CVD法； ④等离子CVD法； ⑤间隙CVD法； ⑥激光CVD法； ⑦超声CVD法等。
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14
(C)CVD的流程与装置
基本组成：原料气体和载气的供给源气体的混合 系统、反应炉、废气系统及气体、反应炉的控 制系统。
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15
高压气体：以高纯度的为好，一般大多使用载气， 因为都要通过气体精制装置进行纯化。特别是 必须十分注意除去对薄膜性质影响极大的水和 氢。
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5
CVD反应体系应满足的条件：
(a)在沉积温度下反应物应保证足够的压力，以 适当的速度引入反应室。
(b)除需要的沉积物外，其他反应产物应是挥发 性的。
(c)沉积薄膜本身必须具有足够的蒸汽压，保证 沉积反应过程始终在受热的基片上进行，而基 片的蒸汽压必须足够低。
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6
(B)CVD的特点
CVD法析出的化合物形状的决定因素：反应温度、 有助于反应的不同化学物质的过饱和度、在反 应温度时的成核速率等。
为了得到优质的薄膜，必须防止在气相中由气相-
气相反应生成均相核，即应首先设定在基片表
面促进成核的条件。 精选ppt
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(B)CVD的种类 分类标准：发生化学反应的参数和方法
2、化学气相沉积法(CVD) 3、溶胶凝胶法
反应温度：大约为900～2000℃，它取决于沉积 物的特性。
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中温CVD(MTCVD)：典型反应温度大约为 500～800℃，它通常是通过金属有机化 合物在较低温度的分解来实现的，所以又 称金属有机化合物CVD(MOCVD)。
①常压CVD法； ②低压CVD法； ③热CVD法； ④等离子CVD法； ⑤间隙CVD法； ⑥激光CVD法； ⑦超声CVD法等。
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(C)CVD的流程与装置
基本组成：原料气体和载气的供给源气体的混合 系统、反应炉、废气系统及气体、反应炉的控 制系统。
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高压气体：以高纯度的为好，一般大多使用载气， 因为都要通过气体精制装置进行纯化。特别是 必须十分注意除去对薄膜性质影响极大的水和 氢。
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CVD反应体系应满足的条件：
(a)在沉积温度下反应物应保证足够的压力，以 适当的速度引入反应室。
(b)除需要的沉积物外，其他反应产物应是挥发 性的。
(c)沉积薄膜本身必须具有足够的蒸汽压，保证 沉积反应过程始终在受热的基片上进行，而基 片的蒸汽压必须足够低。
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(B)CVD的特点
CVD法析出的化合物形状的决定因素：反应温度、 有助于反应的不同化学物质的过饱和度、在反 应温度时的成核速率等。
为了得到优质的薄膜，必须防止在气相中由气相-
气相反应生成均相核，即应首先设定在基片表
面促进成核的条件。 精选ppt
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(B)CVD的种类 分类标准：发生化学反应的参数和方法
2、化学气相沉积法(CVD) 3、溶胶凝胶法
第四章CVD工艺优质获奖课件
CVD反应是指反应物为气体而生成物之一为固体旳
化学反应。
CVD完全不同于物理气相沉积（PVD）
一、化学气相沉积旳基本原理
☞化学气相沉积旳基本原理
➢ CVD
CVD法实际上很早就有应用，用于材料精制、装
饰涂层、耐氧化涂层、耐腐蚀涂层等。
在电子学方面PVD法用于制作半导体电极等。
CVD法一开始用于硅、锗精制上，随即用于适合
➢ CVD法制备薄膜过程描述
（1）反应气体向基片表面扩散；
（2）反应气体吸附于基片表面；
（3）在基片表面发生化学反应；
（4）在基片表面产生旳气相副产物脱离表面，向空间扩
散或被抽气系统抽走；
（5）基片表面留下不挥发旳固相反应产物——薄膜。
CVD基本原理涉及：反应化学、热力学、动力学、输
运过程、薄膜成核与生长、反应器工程等学科领域。
化学气相沉积工艺(CVD)
一、化学气相沉积旳基本原理
二、化学气相沉积旳特点
三、CVD措施简介
一、化学气相沉积旳基本原理
☞化学气相沉积旳基本原理
➢化学气相沉积旳定义
化学气相沉积是利用气态物质经过化学反应在基片
表面形成固态薄膜旳一种成膜技术。
化学气相沉积（CVD）
——Chemical Vapor Deposition
外延生长法制作旳材料上。
表面保护膜一开始只限于氧化膜、氮化膜等，之
后添加了由Ⅲ、Ⅴ族元素构成旳新旳氧化膜，近来还
开发了金属膜、硅化物膜等。
以上这些薄膜旳CVD制备法为人们所注意。CVD
法制备旳多晶硅膜在器件上得到广泛应用，这是CVD
法最有效旳应用场合。
一、化学气相沉积旳基本原理
☞化学气相沉积旳基本原理
化学气相沉积(CVD)PPT演示课件
growth of Si films.（歧化反应）
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6）可逆输运
采用氯化物工艺沉积GaAs单晶薄膜，InP，GaP， InAs，(Ga, In)As, Ga(As, P)
As 4(g) As 2(g) 6GaCl(g) 3H2(g) 87 5500 oo CC 6GaAs(s) 6HCl (g)
5
Schematic diagram of the chemical, transport, and geometric6 al complexities involved in modeling CVD processes.
一、反应类型
主要反应类型：
热分解反应（Pyrolysis）
还原反应（Reduction）
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3) 氧化反应(Oxidation)
SiH4(g) +O2(g) 450oCSiO2(s) +2H2(g) 2AlCl3(g) 3H2(g) +3CO2(g) 1000oC Al2O3(s) +3CO(g) +6HCl(g) SiCl4(g) +O2(g) +2H2(g) 1500oCSiO2(s) +4HCl(g)
当挥发性金属可以形成具有在不同温度范围内 稳定性不同的挥发性化合物时，有可能发生歧 化反应。
2GeI
2
(
g
)
300 oC 600 oC
Ge
(
s)
GeI
4
(
g
)
金属离子呈现两种价态，低价化合物在高温下 更加稳定。
15
Байду номын сангаас
Early experimental reactor for epitaxial
化学气相沉积ppt课件
四、CVD的现状和展望
➢气相沉积膜附着力强，厚度均匀，质量好， 沉积速率快，选材广，环境污染轻，可以 满足许多现代工业、科学发展提出的新要 求，因而发展相当迅速。它能制备耐磨膜、 润滑膜、耐蚀膜、耐热膜、装饰膜以及磁 性膜、光学膜、超导膜等功能膜，因而在 机械制造工业电子、电器、通讯、航空航 天、原子能、轻工等部门得到广泛的应用。
1〕足够高的温度：气体与机体表面作用、反应沉积时 需要一定的激活能量，故CVD要在高温下进行。当然， 以等离子体、激光提过激活能量，可降低反应的温度。
2〕反应物必须有足够高的蒸气压。 3〕除了要得到的固态沉积物外，化学反应的生成物都 必须是气态。
4〕沉积物本身的饱和蒸气压应足够低。
2、CVD过程 反应气体向基体表面扩散 反应气体吸附于基体表面
微波等离子体
脉冲等离子体
直流等离子体法(DCPCVD)
• 利用直流电等离子体激活化学反应，进行气相沉 积的技术。
1-真空室 2-工作台 3-电源和控
制系统 4-红外测温仪
5-真空计 6-机械泵
DCPCVD装置示意图
射频等离子体法(RFPCVD)
• 利用射频辉光放电产生的等离子体激活化 学反应进行气相沉积的技术。
• 绝缘薄膜的PCVD沉积 在低温下沉积氮化硅、 氧化硅或硅的氮氧化物一类的绝缘薄膜，对于超 大规模集成芯片〔VLSI〕的生产是至关重要的。
• 非晶和多晶硅薄膜的PCVD沉积 • 金刚石和类金刚石的PCVD沉积 • 等离子体聚合 等离子体聚合技术正越来越广泛
的应用于开发具有界电特征、导电特性、感光特 性、光电转换功能或储存器开关功能的等离子体 聚合膜和一些重要的有机金属复合材料。
活体粒子在基体表面发 生化学反应，形成膜 层
第六章化学气相淀积CVD课件
A.低温气相化学淀积<500℃: 1). 硅烷为源的低温CVD SiO2:
LPCVD ：250~450 ℃
SiH4(气)＋O2 (气) →SiO2(固)＋2H2 (气)
PECVD： 200~400 ℃
SiH4↑＋2N2O↑→SiO2(固)＋2H2↑＋2N2↑ 温度、压力、反应剂浓度、掺杂及反应腔
形状都影响淀积速度。 (200~500nm/min)
产生影响 CVD不允许化学反应的气态副产物进入薄膜 化学反应应该发生在被加热的衬底表面
6.2 CVD系统
常压化学气相淀积APCVD 低压化学气相淀积LPCVD 等离子体辅助化学气相淀积
常压化学气相淀积APCVD
最早使用的CVD系统，早期是用来淀积氧化 层和生长硅外延层，现今仍在使用。
反应方程式：SiH4 → Si+2H2 550~650℃ 由N2或Ar携带SiH4 20％＋ N2 80％
淀积速率：100~200Å/min
6.3 .4多晶硅的掺杂
扩散掺杂 离子注入掺杂 原位掺杂
扩散掺杂
在淀积完成后，在较高温度（900-1000℃）下 进行
优点：
获得较低的电阻率 因扩散的温度高可以一步完成掺杂和退火两个工艺
PECVD优点
低的工艺温度（250-450℃） 淀积的膜对衬底有优良的粘附能力 高的淀积速率 少的针孔和空洞，高的膜密度 适用于布线隔离
Si3N4: SiH2Cl2 +NH3 PSG: SiH4 +PH3 +O2
高密度等离子体化学气相淀积 HDPCVD
这种方法在20世纪90年代中期被广泛采用 的，其等离子体在低压下以高密度混合气 体的形式直接接触到反应腔中硅片的表面
LPCVD ：250~450 ℃
SiH4(气)＋O2 (气) →SiO2(固)＋2H2 (气)
PECVD： 200~400 ℃
SiH4↑＋2N2O↑→SiO2(固)＋2H2↑＋2N2↑ 温度、压力、反应剂浓度、掺杂及反应腔
形状都影响淀积速度。 (200~500nm/min)
产生影响 CVD不允许化学反应的气态副产物进入薄膜 化学反应应该发生在被加热的衬底表面
6.2 CVD系统
常压化学气相淀积APCVD 低压化学气相淀积LPCVD 等离子体辅助化学气相淀积
常压化学气相淀积APCVD
最早使用的CVD系统，早期是用来淀积氧化 层和生长硅外延层，现今仍在使用。
反应方程式：SiH4 → Si+2H2 550~650℃ 由N2或Ar携带SiH4 20％＋ N2 80％
淀积速率：100~200Å/min
6.3 .4多晶硅的掺杂
扩散掺杂 离子注入掺杂 原位掺杂
扩散掺杂
在淀积完成后，在较高温度（900-1000℃）下 进行
优点：
获得较低的电阻率 因扩散的温度高可以一步完成掺杂和退火两个工艺
PECVD优点
低的工艺温度（250-450℃） 淀积的膜对衬底有优良的粘附能力 高的淀积速率 少的针孔和空洞，高的膜密度 适用于布线隔离
Si3N4: SiH2Cl2 +NH3 PSG: SiH4 +PH3 +O2
高密度等离子体化学气相淀积 HDPCVD
这种方法在20世纪90年代中期被广泛采用 的，其等离子体在低压下以高密度混合气 体的形式直接接触到反应腔中硅片的表面
第六章化学气相沉积.ppt
如果用N1表示形成一个单位体积薄膜所需要的原子数量(原子/cm3)，在稳态情 况下，F＝Fl＝F2，薄膜淀积速率G就可表示为
G F kshg Cg N1 ks hg N1
在多数CVD过程中，反应剂被惰性气体稀释，气体中反应剂的浓度Cg定义为 Cg YCT
其中，Y是气相中反应剂的摩尔百分比，而CT是单位体积中气体分子数，得 到Grove模型的薄膜淀积速率的一般表达式
边界层：气流速度受到扰动并按抛物线型变化，同时还存在反应剂浓度梯 度的薄层，称为边界层、附面层、滞流层。
边界层厚度δ(x)：定义为从速度为零的硅片表 面到气流速度为0.99 Um的区域厚度。
δ(x)与距离x之间的关系可以表示为
1
δ(x)
μx ρU
2
其中，μ是气体的黏滞系数，ρ为气体的密度，
图中的虚线是气流速度U达到主气流速度Um的 99％的连线，也就是边界层的边界位置。
设L为基片的长度，边界层的平均厚度可以表示为
1
L
(x)dx
2L(
1
)2
L0
3 UL
或者 2L
ห้องสมุดไป่ตู้3 Re
其中
Re UL
Re为气体的雷诺数，无量纲，它表示流体运动中惯性效应与黏滞效应的比。
两种极限情况：
①当hg>>ks时，Cs趋向于Cg，从主气流输运到硅片表面的反应剂数量大于在 该温度下表面化学反应需要的数量，淀积速率受表面化学反应速率控制。
②当hg<<ks时， Cs趋向于0，表面化学反应所需要的反应剂数量大于在该温 度下由主气流输运到衬底表面的数量，淀积速率受质量输运速率控制。
G F kshg Cg N1 ks hg N1
在多数CVD过程中，反应剂被惰性气体稀释，气体中反应剂的浓度Cg定义为 Cg YCT
其中，Y是气相中反应剂的摩尔百分比，而CT是单位体积中气体分子数，得 到Grove模型的薄膜淀积速率的一般表达式
边界层：气流速度受到扰动并按抛物线型变化，同时还存在反应剂浓度梯 度的薄层，称为边界层、附面层、滞流层。
边界层厚度δ(x)：定义为从速度为零的硅片表 面到气流速度为0.99 Um的区域厚度。
δ(x)与距离x之间的关系可以表示为
1
δ(x)
μx ρU
2
其中，μ是气体的黏滞系数，ρ为气体的密度，
图中的虚线是气流速度U达到主气流速度Um的 99％的连线，也就是边界层的边界位置。
设L为基片的长度，边界层的平均厚度可以表示为
1
L
(x)dx
2L(
1
)2
L0
3 UL
或者 2L
ห้องสมุดไป่ตู้3 Re
其中
Re UL
Re为气体的雷诺数，无量纲，它表示流体运动中惯性效应与黏滞效应的比。
两种极限情况：
①当hg>>ks时，Cs趋向于Cg，从主气流输运到硅片表面的反应剂数量大于在 该温度下表面化学反应需要的数量，淀积速率受表面化学反应速率控制。
②当hg<<ks时， Cs趋向于0，表面化学反应所需要的反应剂数量大于在该温 度下由主气流输运到衬底表面的数量，淀积速率受质量输运速率控制。
化学气相沉积CVD
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
图8.3.1 Si片PN结构微细加工的CVD装置意示图
反应器的类型：
图8.3.2 CVD反应器的类型
1.用Hg作敏化剂的光解反应
低压Hg灯 发射出 UV共振线：253.7nm和184.9nm敏化 剂Hg 激发 Hg* 碰撞 将能量传递给反应气体（ M+h
M*） 反应物分解↓
（1）成膜反应过程
Hg吸收253.7nm波长的UV而被激活 ： Hg hv Hg*
Hg*通过碰撞将能量传递给反应气体N2O：
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(单晶膜)
（2）适应了技术低温化的要求，可避免基体因温度太高而 变型；
（3）不存在PECVD中的电磁辐射及带电粒子对膜质的影响; （4）可聚焦光束，实现局部定位反应沉积。
几种成膜技术的比较
制膜主要工艺参数比较
*活化反应蒸镀 **反应离子镀 ***常用射频频率：4KHz， 13.56MHz
谢 谢！
这些具有高反应活性的物质很容易被吸附到较低温度的基 体表面上，于是，在较低的温度下发生非平衡的化学反应 沉积生成薄膜，这就大大降低了基体的温度，提高了沉积 速率。
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
图8.3.1 Si片PN结构微细加工的CVD装置意示图
反应器的类型：
图8.3.2 CVD反应器的类型
1.用Hg作敏化剂的光解反应
低压Hg灯 发射出 UV共振线：253.7nm和184.9nm敏化 剂Hg 激发 Hg* 碰撞 将能量传递给反应气体（ M+h
M*） 反应物分解↓
（1）成膜反应过程
Hg吸收253.7nm波长的UV而被激活 ： Hg hv Hg*
Hg*通过碰撞将能量传递给反应气体N2O：
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(单晶膜)
（2）适应了技术低温化的要求，可避免基体因温度太高而 变型；
（3）不存在PECVD中的电磁辐射及带电粒子对膜质的影响; （4）可聚焦光束，实现局部定位反应沉积。
几种成膜技术的比较
制膜主要工艺参数比较
*活化反应蒸镀 **反应离子镀 ***常用射频频率：4KHz， 13.56MHz
谢 谢！
这些具有高反应活性的物质很容易被吸附到较低温度的基 体表面上，于是，在较低的温度下发生非平衡的化学反应 沉积生成薄膜，这就大大降低了基体的温度，提高了沉积 速率。
第六讲_化学气相沉积(CVD)技术ppt课件
aAbB cC
其自由能的变化为
G cGC aGA bGB
其中，a、b、c 是反应物、反应产物的摩尔数。由此
G
G
RTln
aCc aAa aBb
G RTlnK
ai 为物质的活度，它相当于其有效浓度。G是反应的标 准自由能变化。
由G，可确定 CVD 反应进行的方向。
例: CVD 过程的热力学考虑
例如，考虑下述的薄膜沉积反应的可能性
(1400C)
化学气相沉积反应的类型
气相输运
如将某一物质先在高温处升华
2CdTe(s)2Cd(g)+Te2(g) 然后使其在低温处冷凝的可逆反应
(T1, T2 )
显然，这实际上是一种利用物理现象的 PVD 过程，但它在 设备、物质传输及反应的热力学、动力学分析方面却完全与 CVD 过程相类似
就象沉积太阳能电池CdTe薄膜的密闭容器升华技术 (Close-Spaced Sublimation，CSS)
化学气相沉积的气压环境
与 PVD 时不同，CVD 过程的气压一般 比较高（随需求不同而不同），因为较高的 气压有助于提高薄膜的沉积速率。此时
气体的流动状态多处于粘滞流状态 气体分子的运动路径不再是直线 气体分子在衬底上的沉积几率不再是接近
100%，而是取决于气压、温度、气体组成、 气体激发状态、薄膜表面状态等多个因素 这也决定了 CVD 薄膜可被均匀地涂覆在复 杂零件的表面，而较少受到 PVD 时阴影效 应的影响
第六讲
薄膜材料的CVD方法
Preparation of thin films by CVD methods
提要
CVD 过程中典型的化学反应 CVD 过程的热力学 CVD 过程的动力学 CVD 过程的数值模拟技术 CVD 薄膜沉积装置
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（2）缺点： T基体高，V沉积低，设备较电镀法复杂，难于局部沉积，有一 定毒性，应用不如蒸镀、溅射广泛。
二、等离子体化学气相沉积（PECVD）
一种高频辉光放电物理过程与化学反应相结合的技术， 可有效解决普通CVD基体温度高，沉积速率慢的不足。
1.等离子体
（1）物质的第四态 给物质以能量，即T↗： 固 液 气 电离，离子+ 自由电子，等离子体，第四态。 （2）产生 自然界：大气电离层,高温太阳 实验室：气体放电，供给能量,维持；
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
图8.3.1 Si片PN结构微细加工的CVD装置意示图
反应器的类型：
图8.3.2 CVD反应器的类型
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。
（1）优点： ① 膜层纯度一般很高，很致密，容易形成结晶定向好的材料;
例如：用蓝宝石作基片，用CVD制备的－Al2O3单晶材料, 其杂质含量为30～34ppm，远小于蓝宝石本身的杂质含量； ② 能在较低温度下制备难熔物质；
例如：WF6 ↘W时,T沉积 500～700℃<<T钨=3377℃； ③ 可人为掺杂，制备各种半导体、氧化物和化合物膜。
图8.3.3 物质的四态
（3）性质及应用
气体高度电离的状态；
性质 电中性：电子和正离子的密度相等，数量多，但<<原子密度
电和热的良导体。
应用：溅射；离子镀；PECVD等。
2. PECVD原理
PECVD利用等离子体的活性来促进反应。
等离子体中有高密度的电子（109～ 1012cm-3），电子气 温度比普通气体分子温度高出10～100倍，能够激发处于 较低环境温度下的反应气体，使之在等离子体中受激、分 解、离解和离化，从而大大提高了参与反应的物质活性；
பைடு நூலகம்
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
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。
（2）反应气体的比例及浓度
不一定为理论配比，应通过实验确定。
例如：用三氯化硼和氨反应沉积氮化硼膜：
BCl3(气)＋NH3
BN(固)＋3HCl(气)
理论上，NH3和BCl3的流量比应等于 1；
实际中，在 1200℃的沉积温度下，当NH3／BCl3＜2时， 沉积速率很低；而NH3／BCl3＞4时，反应生成物又会 出现NH4Cl一类的中间产物；
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(单晶膜)
化学气相沉积CVD
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
（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)
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！
为了得到较高的沉积速率和高质量的BN薄膜，必须通
过实验来确定各物质间的最佳流量比！
（3）基体对沉积膜层的影响
要得到质量较好的沉积膜，基体应满足以下条件： ① 基体材料与沉积膜层材料之间有强的亲和力； ② 基体与沉积膜层在结晶结构上有一定的相似性； ③ 基体材料与沉积膜层材料有相近的热膨胀系数。
5. CVD的优缺点
这些具有高反应活性的物质很容易被吸附到较低温度的基 体表面上，于是，在较低的温度下发生非平衡的化学反应 沉积生成薄膜，这就大大降低了基体的温度，提高了沉积 速率。
二、等离子体化学气相沉积（PECVD）
一种高频辉光放电物理过程与化学反应相结合的技术， 可有效解决普通CVD基体温度高，沉积速率慢的不足。
1.等离子体
（1）物质的第四态 给物质以能量，即T↗： 固 液 气 电离，离子+ 自由电子，等离子体，第四态。 （2）产生 自然界：大气电离层,高温太阳 实验室：气体放电，供给能量,维持；
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
图8.3.1 Si片PN结构微细加工的CVD装置意示图
反应器的类型：
图8.3.2 CVD反应器的类型
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。
（1）优点： ① 膜层纯度一般很高，很致密，容易形成结晶定向好的材料;
例如：用蓝宝石作基片，用CVD制备的－Al2O3单晶材料, 其杂质含量为30～34ppm，远小于蓝宝石本身的杂质含量； ② 能在较低温度下制备难熔物质；
例如：WF6 ↘W时,T沉积 500～700℃<<T钨=3377℃； ③ 可人为掺杂，制备各种半导体、氧化物和化合物膜。
图8.3.3 物质的四态
（3）性质及应用
气体高度电离的状态；
性质 电中性：电子和正离子的密度相等，数量多，但<<原子密度
电和热的良导体。
应用：溅射；离子镀；PECVD等。
2. PECVD原理
PECVD利用等离子体的活性来促进反应。
等离子体中有高密度的电子（109～ 1012cm-3），电子气 温度比普通气体分子温度高出10～100倍，能够激发处于 较低环境温度下的反应气体，使之在等离子体中受激、分 解、离解和离化，从而大大提高了参与反应的物质活性；
பைடு நூலகம்
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
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。
（2）反应气体的比例及浓度
不一定为理论配比，应通过实验确定。
例如：用三氯化硼和氨反应沉积氮化硼膜：
BCl3(气)＋NH3
BN(固)＋3HCl(气)
理论上，NH3和BCl3的流量比应等于 1；
实际中，在 1200℃的沉积温度下，当NH3／BCl3＜2时， 沉积速率很低；而NH3／BCl3＞4时，反应生成物又会 出现NH4Cl一类的中间产物；
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(单晶膜)
化学气相沉积CVD
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
（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)
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！
为了得到较高的沉积速率和高质量的BN薄膜，必须通
过实验来确定各物质间的最佳流量比！
（3）基体对沉积膜层的影响
要得到质量较好的沉积膜，基体应满足以下条件： ① 基体材料与沉积膜层材料之间有强的亲和力； ② 基体与沉积膜层在结晶结构上有一定的相似性； ③ 基体材料与沉积膜层材料有相近的热膨胀系数。
5. CVD的优缺点
这些具有高反应活性的物质很容易被吸附到较低温度的基 体表面上，于是，在较低的温度下发生非平衡的化学反应 沉积生成薄膜，这就大大降低了基体的温度，提高了沉积 速率。