镀膜技术CVD.ppt
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1、化学气相沉积(CVDChemical vapor deposition)概 念:气态反应物在一定条件下,通过化学反应,将反应形成的固相产物沉积于基片表面,形成固态薄膜的方法。基本特征:由反应气体通过化学反应沉积实现薄膜制备!设备的基本构成:气体输运 气相反应 去除副产品 (薄膜沉积)Chemical vapor deposition,CVD主要优势:1)能形成多种金属、非金属和化合物薄膜;2)组分易于控制,易获得理想化学计量比,薄膜纯度高;3)成膜速度快、工效高(沉积速率 PVD、单炉处理批量大);4)沉积温度高、薄膜致密、结晶完整、表面平滑、内部残余应力低;5)沉积绕射性好,可在复杂不规则表
2、面(深孔、大台阶)沉积;主要缺点:1)沉积温度高,热影响显著,有时甚至具有破坏性;2)存在基片-气氛、设备-气氛间反应,影响基片及设备性能及寿命;3)设备复杂,工艺控制难度较大。化学反应的主控参数:主要应用场合:Chemical vapor deposition,CVDCVD的主要化学反应类型一、热解反应:薄膜由气体反应物的热分解产物沉积而成。1)反应气体:氢化物、羰基化合物、有机金属化合物等。2)典型反应:硅烷沉积多晶Si和非晶Si薄膜:SiH4(g)Si(s)+2H2(g)6501100 羰基金属化合物低温沉积稀有金属薄膜:Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)140240 Pt(C
3、O)2Cl2(g)Pt(s)+2CO(g)+Cl2(g)600 有机金属化合物沉积高熔点陶瓷薄膜:2Al(OC3H7)3(g)Al2O3(s)+6C3H6(g)+3H2O(g)420 异丙醇铝 Tm2050 丙烯 单氨络合物制备氮化物薄膜:AlCl3NH3(g)AlN(s)+3HCl(g)800-1000Chemical vapor deposition,CVDCVD的主要化学反应类型二、还原反应:薄膜由气体反应物的还原反应产物沉积而成。1)反应气体:热稳定性较好的卤化物、羟基化合物、卤氧化物等+还原性气体。2)典型反应:H2还原SiCl4外延制备单晶Si薄膜:SiCl4(g)+2H2(g)S
4、i(s)+4HCl(g)1200 六氟化物低温制备难熔金属W、Mo薄膜:WF6(g)+3H2(g)W(s)+6HF(g)300 Tm3380Chemical vapor deposition,CVDCVD的主要化学反应类型三、氧化反应:薄膜由气体氧化反应产物沉积而成。1)反应气体:氧化性气氛(如:O2)+其它化合物气体。2)典型反应:制备SiO2薄膜的两种方法:SiH4(g)+O2(g)SiO2(s)+2H2(g)450 SiCl4(g)+2H2(g)+O2(g)SiO2(s)+4HCl(g)1500Chemical vapor deposition,CVDCVD的主要化学反应类型四、置换反应
5、:薄膜由置换反应生成的碳化物、氮化物、硼化物沉积而成。1)反应气体:卤化物+碳、氮、硼的氢化物气体。2)典型反应:硅烷、甲烷置换反应制备碳化硅薄膜:SiCl4(g)+CH4(g)SiC(s)+4HCl(g)1400 二氯硅烷与氨气反应沉积氮化硅薄膜:3SiCl2H2(g)+4NH3(g)Si3N4(s)+6H2(g)+6HCl(g)750 四氯化钛、甲烷置换反应制备碳化钛薄膜:TiCl4(g)+CH4(g)TiC(s)+4HCl(g)Chemical vapor deposition,CVDCVD的主要化学反应类型五、歧化反应:对具有多种气态化合物的气体,可在一定条件下促使一种化合物转变为 另
6、一种更稳定的化合物,同时形成薄膜。1)反应气体:可发生歧化分解反应的化合物气体。2)典型反应:二碘化锗(GeI2)歧化分解沉积纯Ge薄膜:2GeI2(g)Ge(s)+GeI4(g)300600Chemical vapor deposition,CVDCVD的主要化学反应类型六、输运反应:把需要沉积的物质当作源物质(不具挥发性),借助于适当的气体介质与之反应而形成一种气态化合物,这种气态化合物再被输运到与源区温度不同的沉积区,并在基片上发生逆向反应,从而获得高纯源物质薄膜的沉积。1)反应气体:固态源物质+卤族气体。2)典型反应:锗(Ge)与碘(I2)的输运反应沉积高纯Ge薄膜:(类似于Ti的碘化
7、精炼过程):CVD化学反应和沉积原理一、反应过程【以TiCl4(g)+CH4(g)TiC(s)+4HCl(g)为例说明】各种气体反应物流动进入扩散层;第步(甲烷分解):CH4 C+H2 第步(Ti的还原):H2+TiCl4 Ti+HCl 第步(游离Ti、C原子化合形成TiC):Ti+C TiC二、CVD形成薄膜的一般过程:1)反应气体向基片表面扩散;2)反应物气体吸附到基片;3)反应物发生反应;4)反应产物表面析出、扩散、分离;5)反应产物向固相中扩散,形成固溶体、化合物。注意:1)反应应在扩散层内进行,否则会生成气相均质核,固相产物会以粉末形态析出;2)提高温度梯度和浓度梯度,可以提高新相的
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