薄膜技術(shù)中PVD和CVD的區(qū)別詳解PPT課件

1、LOGO2021/3/91薄膜制備薄膜制備 張洋洋張洋洋 2021/3/92薄膜制備工藝包括：薄膜制備方法的選擇，基體材料的選擇及表面處理，薄膜制備條件的選擇和薄膜結(jié)構(gòu)、性能與工藝參數(shù)的關(guān)系等。LOGO2021/3/93物理氣相沉積（物理氣相沉積（PVDPVD）化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積 （ CVDCVD）薄膜制備2021/3/94物理氣相沉積（物理氣相沉積（PVD）PVDPVD 物理氣相沉積（物理氣相沉積（PVD)PVD)指的是利用某種物理的指的是利用某種物理的過(guò)程，如物質(zhì)的熱蒸發(fā)或在受到粒子束轟擊時(shí)物過(guò)程，如物質(zhì)的熱蒸發(fā)或在受到粒子束轟擊時(shí)物理表面原子的濺射現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)從原物質(zhì)到薄理表面原

2、子的濺射現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)從原物質(zhì)到薄膜的可控的原子轉(zhuǎn)移過(guò)程。膜的可控的原子轉(zhuǎn)移過(guò)程。2021/3/95 物理氣相沉積（物理氣相沉積（PVD）PVDPVD 這種薄膜制備方法相對(duì)于下面還要介紹的化這種薄膜制備方法相對(duì)于下面還要介紹的化學(xué)氣相沉積方法而言，具有以下學(xué)氣相沉積方法而言，具有以下幾幾個(gè)特點(diǎn)個(gè)特點(diǎn): 1.需要使用需要使用固態(tài)固態(tài)的或者的或者熔化態(tài)熔化態(tài)的物質(zhì)作為沉積過(guò)的物質(zhì)作為沉積過(guò)程的源物質(zhì)。程的源物質(zhì)。 2.源物質(zhì)要經(jīng)過(guò)物理過(guò)程進(jìn)入氣相。源物質(zhì)要經(jīng)過(guò)物理過(guò)程進(jìn)入氣相。 3.需要相對(duì)較低的氣體壓力環(huán)境。需要相對(duì)較低的氣體壓力環(huán)境。 4.在氣相中及襯底表面并在氣相中及襯底表面并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

3、不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 2021/3/96物理氣相沉積（物理氣相沉積（PVD）物理氣相沉積法過(guò)程的三個(gè)階段：1，從原材料中發(fā)射出粒子；2，粒子運(yùn)輸?shù)交?，粒子在基片上凝結(jié)、成核、長(zhǎng)大、成膜。2021/3/97 物理氣相沉積（物理氣相沉積（PVD）PVDPVD 物理氣相沉積技術(shù)中最為基本的兩種方法就物理氣相沉積技術(shù)中最為基本的兩種方法就是是蒸發(fā)法蒸發(fā)法和和濺射法，濺射法，另外還有離子束和離子助等另外還有離子束和離子助等等方法。等方法。 蒸發(fā)法相對(duì)濺射法具有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)，包蒸發(fā)法相對(duì)濺射法具有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)，包括較高的沉積速度，相對(duì)較高的真空度，以及由括較高的沉積速度，相對(duì)較高的真空度，以及由此導(dǎo)

4、致的較高的薄膜質(zhì)址等此導(dǎo)致的較高的薄膜質(zhì)址等。 濺射法也具有自己的一些優(yōu)勢(shì)，包括在沉積濺射法也具有自己的一些優(yōu)勢(shì)，包括在沉積多元合金薄膜時(shí)化學(xué)成分容易控制，沉積層對(duì)襯多元合金薄膜時(shí)化學(xué)成分容易控制，沉積層對(duì)襯底的附著力較好等。底的附著力較好等。2021/3/98 物理氣相沉積（物理氣相沉積（PVD）真空蒸鍍真空蒸鍍 在真空蒸鍍技術(shù)中，人們只需要產(chǎn)生在真空蒸鍍技術(shù)中，人們只需要產(chǎn)生一個(gè)真空環(huán)境。在真空環(huán)境下，給待蒸發(fā)一個(gè)真空環(huán)境。在真空環(huán)境下，給待蒸發(fā)物提供足夠的熱量以獲得蒸發(fā)所必需的蒸物提供足夠的熱量以獲得蒸發(fā)所必需的蒸氣壓。在適當(dāng)?shù)臏囟认拢舭l(fā)粒子在基片氣壓。在適當(dāng)?shù)臏囟认?，蒸發(fā)粒子在基片上

5、凝結(jié)，這樣即可實(shí)現(xiàn)真空蒸鍍薄膜沉積。上凝結(jié)，這樣即可實(shí)現(xiàn)真空蒸鍍薄膜沉積。2021/3/99真空蒸鍍真空蒸鍍 裝置： 真空系統(tǒng) 蒸發(fā)系統(tǒng) 基片支撐 擋板 監(jiān)控系統(tǒng)2021/3/910真空蒸鍍真空蒸鍍 大量材料皆可以在真空中蒸發(fā)，最終大量材料皆可以在真空中蒸發(fā)，最終在基片上凝結(jié)以形成薄膜。真空蒸發(fā)沉積在基片上凝結(jié)以形成薄膜。真空蒸發(fā)沉積過(guò)程由三個(gè)步驟組成過(guò)程由三個(gè)步驟組成:蒸發(fā)源材料由凝聚相轉(zhuǎn)變成氣相；蒸發(fā)源材料由凝聚相轉(zhuǎn)變成氣相；在蒸發(fā)源與基片之間蒸發(fā)粒子的輸運(yùn)在蒸發(fā)源與基片之間蒸發(fā)粒子的輸運(yùn);蒸發(fā)粒子到達(dá)基片后凝結(jié)、成核、長(zhǎng)大、蒸發(fā)粒子到達(dá)基片后凝結(jié)、成核、長(zhǎng)大、成膜。成膜。2021/3/9

6、11真空蒸鍍真空蒸鍍蒸發(fā)源分類(lèi)蒸發(fā)源分類(lèi)（一）電阻加熱蒸發(fā)（一）電阻加熱蒸發(fā)（二）電子束加熱蒸發(fā)（二）電子束加熱蒸發(fā)（三）電弧加熱蒸發(fā)（三）電弧加熱蒸發(fā)（四）激光加熱蒸發(fā)（四）激光加熱蒸發(fā)2021/3/912真空蒸鍍真空蒸鍍真空蒸發(fā)的影響因素真空蒸發(fā)的影響因素1.1.物質(zhì)的蒸發(fā)速度物質(zhì)的蒸發(fā)速度2.2.元素的蒸汽壓元素的蒸汽壓3.3.薄膜沉積的均勻性薄膜沉積的均勻性4.4.薄膜沉積的純度薄膜沉積的純度2021/3/913真空蒸鍍真空蒸鍍薄膜沉積的純度薄膜沉積的純度 蒸發(fā)源的純度；蒸發(fā)源的純度； 加熱裝置、坩堝可能造成的污染；加熱裝置、坩堝可能造成的污染； 真空系統(tǒng)中的殘留氣體。真空系統(tǒng)中的殘留

7、氣體。2021/3/914濺射法濺射法 濺射法利用帶有電荷的離子在電濺射法利用帶有電荷的離子在電場(chǎng)中加速后具有一定動(dòng)能的特點(diǎn)，將場(chǎng)中加速后具有一定動(dòng)能的特點(diǎn)，將離子引向欲被濺射的離子引向欲被濺射的靶電極靶電極。在離子。在離子能量合適的情況下，入射的離子將在能量合適的情況下，入射的離子將在與靶表面的原子的與靶表面的原子的碰撞碰撞過(guò)程中使后者過(guò)程中使后者濺射出來(lái)。這些被濺射出來(lái)的原子將濺射出來(lái)。這些被濺射出來(lái)的原子將帶有一定的動(dòng)能，并且會(huì)沿著一定的帶有一定的動(dòng)能，并且會(huì)沿著一定的方向射向襯底，從而實(shí)現(xiàn)在襯底上薄方向射向襯底，從而實(shí)現(xiàn)在襯底上薄膜的沉積。膜的沉積。2021/3/915濺射法濺射法直流

8、濺射沉積裝置直流濺射沉積裝置 真空系統(tǒng)中，靶真空系統(tǒng)中，靶材是需要濺射的材料，材是需要濺射的材料，它作為陰極。相對(duì)于它作為陰極。相對(duì)于作為陽(yáng)極的襯底加有作為陽(yáng)極的襯底加有數(shù)千伏的電壓。在對(duì)數(shù)千伏的電壓。在對(duì)系統(tǒng)預(yù)抽真空以后，系統(tǒng)預(yù)抽真空以后，充入適當(dāng)壓力的惰性充入適當(dāng)壓力的惰性氣體。氣體。2021/3/916濺射法濺射法濺射法分類(lèi)濺射法分類(lèi)(1)直流濺射直流濺射;(2)高頻濺射高頻濺射;(3)磁控濺射；磁控濺射；(4)反應(yīng)濺射；反應(yīng)濺射；(5)離子鍍。離子鍍。2021/3/917濺射法濺射法濺射法的優(yōu)缺點(diǎn)：濺射法的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 薄膜在基片上的附著力強(qiáng)，膜層純度薄膜在基片上的附著力強(qiáng)，膜層

9、純度 高，可同時(shí)濺射多種不同成分的合金膜或高，可同時(shí)濺射多種不同成分的合金膜或 化合物?；衔铩Ｈ秉c(diǎn)缺點(diǎn)：需要制備專(zhuān)用膜料，靶利用率低：需要制備專(zhuān)用膜料，靶利用率低 2021/3/918薄膜的化學(xué)氣相沉積薄膜的化學(xué)氣相沉積(CVD)CVDCVD 技術(shù)被稱(chēng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)被稱(chēng)化學(xué)氣相沉積(CVD)顧名思義，利顧名思義，利用氣態(tài)的先驅(qū)反應(yīng)物，通過(guò)原子、分子間用氣態(tài)的先驅(qū)反應(yīng)物，通過(guò)原子、分子間化學(xué)反應(yīng)的途徑生成固態(tài)薄膜的技術(shù)?；瘜W(xué)反應(yīng)的途徑生成固態(tài)薄膜的技術(shù)。 特別值得一提的是，在高質(zhì)量的半導(dǎo)體晶特別值得一提的是，在高質(zhì)量的半導(dǎo)體晶體外延技術(shù)以及各種絕緣材料薄膜的制備體外延技術(shù)以及各種絕緣材料薄膜

10、的制備中大量使用了化學(xué)氣相沉積技術(shù)。比如，中大量使用了化學(xué)氣相沉積技術(shù)。比如，在在MOS場(chǎng)效應(yīng)管中，應(yīng)用化學(xué)氣相方法沉場(chǎng)效應(yīng)管中，應(yīng)用化學(xué)氣相方法沉積的薄膜就包括多晶積的薄膜就包括多晶Si、 SiO2、SiN等。等。2021/3/919薄膜的化學(xué)氣相沉積薄膜的化學(xué)氣相沉積(CVD)CVDCVD所涉及的化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型所涉及的化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型 1.1.熱解反應(yīng)熱解反應(yīng) 2. 2.還原反應(yīng)還原反應(yīng) 3.3.氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 4.4.化合反應(yīng)化合反應(yīng) 5.5.歧化反應(yīng)歧化反應(yīng) 6.6.可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)2021/3/920薄膜的化學(xué)氣相沉積薄膜的化學(xué)氣相沉積(CVD)CVD化學(xué)氣相沉積裝置化學(xué)氣相沉積裝置 一

11、般來(lái)講，一般來(lái)講，CVD裝置往往包括以下幾裝置往往包括以下幾個(gè)基本部分個(gè)基本部分: (1)反應(yīng)氣體和載氣的供給和計(jì)量裝置反應(yīng)氣體和載氣的供給和計(jì)量裝置; (2)必要的加熱和冷卻系統(tǒng)必要的加熱和冷卻系統(tǒng); (3)反應(yīng)產(chǎn)物氣體的排出裝置。反應(yīng)產(chǎn)物氣體的排出裝置。2021/3/921薄膜的化學(xué)氣相沉積薄膜的化學(xué)氣相沉積(CVD)CVD化學(xué)氣相沉積裝置化學(xué)氣相沉積裝置2021/3/922薄膜的化學(xué)氣相沉積薄膜的化學(xué)氣相沉積(CVD) 1.反應(yīng)體系成分反應(yīng)體系成分 2.氣體的組成氣體的組成 3.壓力壓力 4.溫度溫度影響影響CVDCVD薄膜的主要參數(shù)薄膜的主要參數(shù)2021/3/923薄膜的化學(xué)氣相沉積薄膜的化學(xué)氣相沉積(CVD)最基本的最基本的CVD