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1、传统热CVD法制模,日期：2015.6.19,CVD制模基本原理,1,CVD制模基本特征,2,热化学气相沉积,3,内容大纲,3,CVD制模基本原理,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。,化学气相沉积主要分为四个重要阶段,反应气体向基体表面扩散,反应气体吸附于基体表面,气相副产物脱离表面,反应气体向基体表面扩散,4,CVD制模基本原理,基本示意图,CVD法原理示意图,反应气体向材料表面扩散,反应气体吸附于材料的表面,在材
2、料表面发生化学反应,气态副产物脱离材料表面,四个过程,5,CVD制模基本特征,最主要的是必须要有化学反应，化学反应还需以下三大特点：反应物质在室温或不太高的温度下最好是气态，或有很高的蒸气压，且有很高的纯度 通过沉积反应能够形成所需要的材料沉积层 反应易于控制,6,CVD制模基本特征,1、成膜的种类范围广 金属、非金属、合金、半导体、氧化物、单晶、多晶、有机材 料、软质、超硬2、化学反应可控性好，膜质量高3、成膜的速度快（与PVD 相比），适合大批量生产，膜的均匀性好（低真空，膜的绕射性好），可在复杂形状工件上成膜4、膜层的致密性好，内应力小，结晶性好（平衡状态成膜）5、成膜过程的辐射损伤比较
3、低，有利于制备多层薄膜，改变工作气体，可方便制备高梯度差薄膜（材质）过渡区小（光电，半导体器件）,7,CVD制模基本特征,CVD的分类1 按沉积温度分：低温（200500）、中温（5001000）、高温（10001300）2 按反应压力分：常压CVD（APCVD）、减压CVD（LPCVD）3 按反应器壁温度分：热壁CVD、冷壁CVD4按激活方式分：热激活、等离子体激活（电场、微波、ECR 等）、光激活（紫外光、激光等）5.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,8,C
4、VD制模基本特征,CVD对反应体系的要求能够形成所需要的材料淀积层或材料层的组合，其它反应产物均易挥发反应剂在室温下最好是气态，或在不太高的温度下有相当的蒸气压，且容易获得高纯品在沉积温度下，沉积物和衬底的蒸汽压要足够低淀积装置简单，操作方便工艺上重复性好，适于批量生产，成本低廉,9,CVD制模基本特征,CVD 反应的分类a、热分解反应（单一气源）：气态氢化物、羟基化合物等在炽热基片上热分解沉积b、化学合成反应（两种或两种以上气源）c、化学输运反应：是一个可逆反应，由温度来控制反应进行的方向。在高温区生成气相物质，输运到低温区以后，发生分解生成薄膜。一般用于物质的提纯。,10,CVD制模基本特
5、征,缺点：1 一般CVD 的温度太高，使基板材料耐不住高温，界面扩散而影响薄膜质量。2 大多数反应气体和挥发性气体有剧毒、易燃、腐蚀。3 在局部表面沉积困难。,优点：1、沉积装置相对简单。2、可在低于熔点或分解温度下制备各种高熔点的金属薄膜和碳化物、氮化物、硅化物薄膜及氧化物薄膜，可实现高温材料的低温生长。3、适合在形状复杂表面及孔内镀膜。4、成膜所需源物质，相对来说较易获得。,11,CVD制模基本特征,反应室CVD装置结构：,卧式开管CVD装置,特点：具有高的生产效率，但沿气流方向存在气体浓度、膜厚分布不均匀性 问题。,12,CVD制模基本特征,立式CVD装置,特点：膜厚均匀性好。但不易获得
6、高的生产效率。,13,CVD制模基本特征,转筒CVD装置,特点：膜厚均匀性好，高的生产效率。,14,CVD制模基本特征,影响CVD 薄膜质量的因素1.温度：影响淀积速率、薄膜的结晶状态。不同的沉积温度，可得到单晶或多晶薄膜。一般希望低温沉积 质量较好，应力减小，但不能低于结晶温度（影响原子迁移）。2.反应气体浓度及比例：沉积速率还受控于反应气体浓度及流速（反应量）反应气体的压强不宜过大（适中 根据化学反应的条件，热力学方程）。反应气体压强过低影响成核密度 成膜速率。3.基板的影响：材质，膨胀系数 附着性；表面结晶状态 成膜中心、密度，晶体的结晶取向（CVD 亦可生外延薄膜）；基板位置 膜均匀（
7、另与气体流速，气体压强有关）,15,热化学气相沉积,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8001200左右，这样的高温使衬底的选择受到很大限制，但它是化学气相沉积的经典方法：,组成部分,气相供应系统,反应室,排气系统,16,热化学气相沉积,气相供应系统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
8、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。当反应气体以固态形式供给时，把固体放入蒸发器内，加热使其蒸发或升华，继而送入反应室中。由于沉积薄膜的性能与气体的混合比例有关，气体的混合比例由相应的质量流量计和控制阀来决定。,17,热化学气相沉积,反应室：根据反应系统的开放程度，可分为开放型、封闭型、近间距型。,18,热化学气相沉积,另外根据反应器壁是否加热，可分为热壁反应器和冷壁反应器：,19,热化学气相沉积,排气系统排气系统是CVD装置在安全方面最为重要的部分。该系统具有两个主要的功能：一是反应室除去未反应的气体和副产物，二是提供一条反应物跃过反应区的通畅路径。其中未反应的气体可能在排气系统中继续反应而形成固体粒子。由于这些固体粒子的聚集可能阻塞排气系统而导致反应器压力的突变，进而形成固体粒子的反扩散，影响涂层的生长质量和均匀性，因此，在排气系统的设计中应充分予以注意。,20,热化学气相沉积,加热方式,1、电阻加热2、高频感应加热3、红外加热4、激光加热,视不同反应温度，选择不同的加热方式，要领是对基片局部加热,
