化學氣相沉積技術課件

1Review第三章：物理氣相沉積技術

熱蒸發(fā)鍍膜

濺射鍍膜

離子鍍膜工作原理+工藝方法！1Review第三章：物理氣相沉積技術工作原理+工藝方法！2第四章化學氣相沉積技術熱氧化生長化學氣相沉積2第四章化學氣相沉積技術熱氧化生長3薄膜制備方法：物理氣相沉積法被鍍材料由固態(tài)轉變?yōu)闅鈶B(tài)時沒有化學反應發(fā)生。化學氣相沉積法沉積過程中發(fā)生一定的化學反應；化學反應可以由熱效應或離子的電致分離引起。

特點：沉積過程控制復雜，但設備較為簡單。前言3前言4第一節(jié)熱氧化生長(ThermalOxidation)在氣氛條件下，通過加熱基片的方式制備氧化物、氮化物和碳化物薄膜。加熱設備基片在氧氣或者其它氣氛中加熱Examples:4Al+3O22Al2O3Fe+N2FeNx4第一節(jié)熱氧化生長(ThermalOxidation)5第一節(jié)熱氧化生長實際中，主要用于制備氧化物薄膜，較少用于制備其它化合物。氧化物可以鈍化表面。鈍化：使金屬表面轉化為不易被氧化的狀態(tài)，而延緩金屬的腐蝕速度的方法，如Al2O3。氧化物可以起到絕緣作用。主要用于金屬和半導體氧化物的制備、電子器件制備。5第一節(jié)熱氧化生長實際中，主要用于制備氧化物薄膜，較少用于6第一節(jié)熱氧化生長適用性廣，所有金屬都能與氧反應形成氧化物?？刂乒に嚄l件來控制薄膜生長形貌、缺陷、界面特征，因而控制半導體和電性能。例：快速熱氧化法制備SiO2薄膜

1000~1200oC，

~30nm/min，精確控制膜厚6第一節(jié)熱氧化生長適用性廣，所有金屬都能與氧反應形成氧化物溫度：800~1200oC，形成所謂高溫氧化層（HighTemperatureOxidelayer，HTO）?？捎盟魵饣蜓鯕庾鳛檠趸瘎Q為濕氧化或干氧化（wetordryoxidation）。氧化環(huán)境中通常含有百分之幾的鹽酸（HCl），用于去除氧化物中的金屬離子。7SiO2薄膜的熱氧化法制備溫度：800~1200oC，形成所謂高溫氧化層（High8SiO2薄膜的熱氧化法制備熱氧化消耗基片中的Si和環(huán)境中的氧。因此，生長時同時向基片內生長和在基片表面上生長。對于每消耗單位厚度的Si，將產生2.27單位厚度的氧化物。同樣，如果純Si表面氧化，46%的氧化層厚度位于最初基片表面以下，54%的氧化層位于最初表面以上。8SiO2薄膜的熱氧化法制備熱氧化消耗基片中的Si和環(huán)境中的9SiO2薄膜的熱氧化法制備Oxidationtechnology大多數(shù)熱氧化在加熱爐中進行，溫度800到1200℃。將基片放在石英支架（石英舟）里，一個加熱爐同時可以處理一批基片。水平爐和垂直爐FurnacesusedfordiffusionandthermaloxidationatLAAStechnologicalfacilityinToulouse,France9SiO2薄膜的熱氧化法制備Oxidationtechno10第一節(jié)熱氧化生長Bi2O3薄膜的制備4Bi+3O2=2Bi2O3空氣+水蒸氣環(huán)境

T=367C獲得單相-Bi2O3;-Bi2O3和-Bi2O310第一節(jié)熱氧化生長Bi2O3薄膜的制備11熱氧化Zn3N2films制備N和(Al,N)摻雜的p型ZnO薄膜Z.W.Liu,C.K.Ong,etal.J.Mater.Sci.2007ZincnitridefilmwithorwithoutAldopingN-or(Al,N)-dopedZnOfilmsSputteredwithN2-ArOxidizingsubstrateSampleResistivitycmMobilitycm2/vsCarrierConcentrationZnO:N5-6000.8-20001015-1016

/cm3ZnO:AlN1-300000.1-101017-1018

/cm311熱氧化Zn3N2films制備N和(Al,N)摻雜的12SubstrateWithZngranularfilmWithZnOnanowiresSputteringOxidizing400-600C熱氧化法制備ZnO單晶納米線薄膜12SubstrateWithZngranularfi13熱氧化法制備氧化鐵納米線13熱氧化法制備氧化鐵納米線14熱氧化法制備單晶CuO納米線SchematicdiagramofasensorfabricatedfromCuOnanowiresandalayerofCuOCuwirenanowiresAgelectrode14熱氧化法制備單晶CuO納米線Schematicdiag15熱氧化法特點設備簡單；成本較低；結晶性好；但薄膜厚度受到限制15熱氧化法特點設備簡單；16第二節(jié)化學氣相沉積2.5mmhigh,grownin1daysingle-crystaldiamondgrownbyCVDC.S.Yanetal.,PhysicaStatusSolidi(a)201,R25(2004)Hardestmaterial16第二節(jié)化學氣相沉積2.5mmhigh,grown17化學氣相沉積的定義

化學氣相沉積是利用氣態(tài)物質通過化學反應在基片表面形成固態(tài)薄膜的一種成膜技術?；瘜W氣相沉積（CVD）——ChemicalVaporDepositionCVD反應是指反應物為氣體而生成物之一為固體的化學反應。CVD完全不同于物理氣相沉積（PVD）17化學氣相沉積的定義化學氣相沉積是利用氣態(tài)物質18CVD與PVD的比較18CVD與PVD的比較19CVD的典型應用CVD法實際上很早就有應用，用于材料精制、裝飾涂層、耐氧化涂層、耐腐蝕涂層等。在電子學方面PVD法用于制作半導體電極等。CVD法一開始用于硅、鍺精制上，隨后用于適合外延生長法制作的材料上。表面保護膜一開始只限于氧化膜、氮化膜等，之后添加了由Ⅲ、Ⅴ族元素構成的新的氧化膜，最近還開發(fā)了金屬膜、硅化物膜等。以上這些薄膜的CVD制備法為人們所注意。CVD法制備的多晶硅膜在器件上得到廣泛應用，這是CVD法最有效的應用場所。19CVD的典型應用CVD法實際上很早就有應用，用于材料精制20化學氣相沉積基本過程Chemicalvapordeposition(CVD)isachemicalprocessusedtoproducehigh-purity,high-performancesolidmaterials.Theprocessisoftenusedinthesemiconductorindustrytoproducethinfilms.InatypicalCVDprocess,thewafer(substrate)isexposedtooneormorevolatileprecursors,whichreactand/ordecomposeonthesubstratesurfacetoproducethedesireddeposit.Frequently,volatileby-productsarealsoproduced,whichareremovedbygasflowthroughthereactionchamber.化學氣相沉積典型的制備過程是將晶圓（襯底）暴露在一種或多種易揮發(fā)的前驅體中，在襯底表面發(fā)生化學反應或/及化學分解來產生欲沉積的薄膜。隨后，也將產生一些氣態(tài)的副產物，這些副產物可以被反應腔室的氣流帶走。20化學氣相沉積基本過程Chemicalvapordep21化學氣相沉積基本過程（1）反應氣體向基片表面擴散；（2）反應氣體吸附于基片表面；（3）在基片表面發(fā)生化學反應；（4）在基片表面產生的氣相副產物脫離表面，向空間擴散或被抽氣系統(tǒng)抽走；（5）基片表面留下不揮發(fā)的固相反應產物——薄膜。21化學氣相沉積基本過程（1）反應氣體向基片表面擴散；22化學氣相沉積示意圖22化學氣相沉積示意圖23化學氣相沉積流程圖gasinletgasdecompositiongasreactionsubstrateadsorptiongasexhaust23化學氣相沉積流程圖gasinlet24化學氣相沉積基本過程化學氣相沉積基本過程：在真空室內，氣體發(fā)生化學反應，將反應物沉積在基片表面，形成固態(tài)膜?？煽刈兞浚簹怏w流量、氣體組分、沉積溫度、氣壓、真空室形狀、沉積時間、基片材料和位置三個基本過程：反應物的輸運過程；化學反應過程；去除反應副產品過程24化學氣相沉積基本過程化學氣相沉積基本過程：25化學氣相沉積基本過程25化學氣相沉積基本過程26CVD反應體系必須具備的三個條件在沉積溫度下，反應物具有足夠的蒸氣壓，并能以適當?shù)乃俣缺灰敕磻遥环磻a物除了形成固態(tài)薄膜物質外，都必須是揮發(fā)性的；沉積薄膜和基體材料必須具有足夠低的蒸氣壓。26CVD反應體系必須具備的三個條件在沉積溫度下，反應物具有27CVD主要沉積參數(shù)Theseparametersaffectonsurfacespeedoftheinvolvedatoms.基體與腔室的溫度生長速度氣壓27CVD主要沉積參數(shù)Theseparameters28化學氣相沉積基本原理GasSolidε能量反應前A反應后B反應A+εε（活化能）CVD方法熱熱CVD等離子等離子CVD光光CVD28化學氣相沉積基本原理GasSolidε能反應前反應后反應29CVD氣體分解方式熱分解（thermaldeposition）等離子分解（plasmadeposition）光子分解（photon(laser,UV)deposition）29CVD氣體分解方式熱分解（thermaldeposit30化學氣相沉積的種類以反應時的壓力分類：常壓CVD(AtmosphericPressureCVD,APCVD)：在常壓環(huán)境下的CVD。低壓CVD(Low-pressureCVD,LPCVD)：在低壓環(huán)境下的CVD。降低壓力可以減少不必要的氣相反應，以增加晶圓上薄膜的一致性。超高真空CVD(UltrahighvacuumCVD,UHVCVD)：在非常低壓環(huán)境下的CVD。大多低于10-6Pa(約為10-8torr)。大部分現(xiàn)今的CVD制程都是使用LPCVD或UHVCVD。30化學氣相沉積的種類以反應時的壓力分類：31化學氣相沉積的種類以氣相的特性分類：氣溶膠輔助CVD(AerosolassistedCVD,AACVD)：使用液體/氣體的氣溶膠的前驅物成長在基底上，成長速非?？臁４朔N技術適合使用非揮發(fā)的前驅物。直接液體注入CVD(DirectliquidinjectionCVD,DLICVD)：使用液體(液體或固體溶解在合適的溶液中)形式的前驅物。液相溶液被注入到蒸發(fā)腔里變成注入物。接著前驅物經由傳統(tǒng)的CVD技術沉積在基底上。此技術適合使用液體或固體的前驅物。此技術可達到很高的成長速率。

31化學氣相沉積的種類以氣相的特性分類：32化學氣相沉積的種類等離子技術微波等離子輔助CVD(Microwaveplasma-assistedCVD,MPCVD)等離子增強CVD(Plasma-EnhancedCVD,PECVD)：利用等離子增加前驅物的反應速率。PECVD技術允許在低溫的環(huán)境下成長，這是半導體制造中廣泛使用PECVD的最重要原因。遠距等離子輔助CVD(Remoteplasma-enhancedCVD,RPECVD)：和PECVD技術很相近的技術。但晶圓不直接放在等離子放電的區(qū)域，反而放在距離等離子遠一點的地方。晶圓遠離等離子區(qū)域可以讓制程溫度降到室溫。32化學氣相沉積的種類等離子技術33化學氣相沉積的種類熱線CVD(HotwireCVD,HWCVD)：也稱做觸媒化學氣相沉積或熱燈絲化學氣相沉積，使用熱絲化學分解來源氣體。有機金屬CVD(Metalorganicchemicalvapordeposition,MOCVD)：前驅物使用有機金屬的CVD技術?；旌衔锢砘瘜W氣相沉積

(HybridPhysical-ChemicalVaporDeposition,HPCVD)：包含化學分解前驅氣體及蒸發(fā)固體源兩種技術。原子層CVD

(AtomiclayerCVD,ALCVD)：連續(xù)沉積不同材料的晶體薄膜層。33化學氣相沉積的種類熱線CVD(HotwireCVD34化學氣相沉積的種類快速熱CVD(RapidthermalCVD,RTCVD)：使用加熱燈或其他方法快速加熱晶圓。只對基底加熱，而不是氣體或腔壁。可以減少不必要的氣相反應，以免產生不必要的粒子。氣相外延

(Vaporphaseepitaxy,VPE)……34化學氣相沉積的種類快速熱CVD(Rapidtherm35化學氣相沉積的特點優(yōu)點：

1）既可制作金屬薄膜，又可制作多組分合金薄膜，且成分控制準確；

2）可在復雜形狀基片上沉積薄膜，繞射性能好；

3）一些反應可在常壓或低真空進行，不需要昂貴的真空設備；

4）薄膜純度高、致密性好、殘余應力小、表面平滑、結晶良好；

5）成膜速率高于LPE（液相外延）和MBE（分子束外延）（幾微米至幾百微米？）6）大尺寸或多基片7）薄膜生長溫度低于材料的熔點，輻射損傷小。35化學氣相沉積的特點優(yōu)點：36化學氣相沉積的特點缺點：

1）盡管低于物質的熔點，反應溫度還是太高，且工件溫度高于PVD技術，應用中受到一定限制；

2）沉積的反應源和反應后的氣體易燃、易爆或有毒，參與需環(huán)保措施，有時還有防腐蝕要求；

3）對基片進行局部表面鍍膜時很困難，不如PVD方便；4）設備復雜，工藝參數(shù)多，較難調控。36化學氣相沉積的特點缺點：37CVD原理反應化學反應熱力學反應動力學輸運過程薄膜成核與生長反應器工程37CVD原理反應化學反應熱力學反應動力學輸運過程薄膜成核與38CVD原理——化學反應熱力學按熱力學原理，化學反應的自由能變化?Gr可以用反應物和生成物的標準自由能來?Gf計算，CVD熱力學分析的主要目的是預測某些特定條件下某些CVD反應的可行性（化學反應的方向和限度）。在溫度、壓強和反應物濃度給定的條件下，熱力學計算能從理論上給出沉積薄膜的量和所有氣體的分壓，但是不能給出沉積速率。熱力學分析可作為確定CVD工藝參數(shù)的參考。38CVD原理——化學反應熱力學按熱力學原理，化學反應的自由39CVD原理——化學反應熱力學?Gr與反應系統(tǒng)的化學平衡常數(shù)KP有關。例：熱分解反應39CVD原理——化學反應熱力學?Gr與反應系統(tǒng)的化學平衡40CVD原理——化學反應熱力學反應方向判據(jù)：可以確定反應溫度。40CVD原理——化學反應熱力學反應方向判據(jù)：可以確定反應溫41CVD原理——化學反應熱力學平衡常數(shù)KP的意義：計算理論轉化率計算總壓強、配料比對反應的影響通過平衡常數(shù)可以確定系統(tǒng)的熱力學平衡問題。41CVD原理——化學反應熱力學平衡常數(shù)KP的意義：計42CVD原理——化學反應動力學反應動力學是一個把反應熱力學預言變?yōu)楝F(xiàn)實，使反應實際進行的問題；它是研究化學反應的速度和各種因素對其影響的科學。CVD反應動力學分析的基本任務是：通過實驗研究薄膜的生長速率，確定過程速率的控制機制，以便進一步調整工藝參數(shù)，獲得高質量、厚度均勻的薄膜。反應速率r是指在反應系統(tǒng)的單位體積中，物質（反應物或產物）隨時間的變化率。42CVD原理——化學反應動力學反應動力學是一個把反應熱力學43CVD原理——化學反應動力學溫度對反應速率的影響：Van’tHoff規(guī)則：反應溫度每升高10℃，反應速率大約增加2-4倍。這是一個近似的經驗規(guī)則。Arrhenius方程：式中，A為有效碰撞的頻率因子，?E為活化能。43CVD原理——化學反應動力學溫度對反應速率的影響：Van44CVD的典型化學反應1.分解反應利用硅烷制備Si薄膜或利用其它化合物氣體制備金屬薄膜44CVD的典型化學反應1.分解反應45金屬氫化物

氫化物M-H鍵的離解能、鍵能都比較小，熱解溫度低，唯一副產物是沒有腐蝕性的氫氣。例如：金屬有機化合物

金屬的烷基化合物，其M—C鍵能一般小于C－C鍵能[E(M—C)＜E(C-C)]，可用于淀積金屬膜。元素的氧烷，由于E(M－O)＞E(O－C)，所以可用來淀積氧化物。例如：45金屬氫化物氫化物M-H鍵的離解能、鍵能都比較小，熱解46氫化物和金屬有機化合物體系

熱解金屬有機化合物和氫化物已成功地制備出許多種III-V族和II-IV族化合物。46氫化物和金屬有機化合物體系47其它氣態(tài)絡合物、復合物這一類化合物中的碳基化物和碳基氯化物多用于貴金后(鉑族)和其它過渡金屬的淀積。如：單氨絡合物已用于熱解制備氮化物。如：47其它氣態(tài)絡合物、復合物這一類化合物中的碳基化物和碳基48CVD的典型化學反應2.還原反應例：氫還原鹵化物制備Si或其它單質、金屬膜48CVD的典型化學反應2.還原反應49CVD的典型化學反應3.氧化反應

制備氧化物薄膜49CVD的典型化學反應3.氧化反應50CVD的典型化學反應4.氮化和碳化反應

制備氮化物和碳化物薄膜50CVD的典型化學反應4.氮化和碳化反應51CVD的典型化學反應5.化合反應

由有機金屬化合物沉積III~V族化合物材料純化51CVD的典型化學反應5.化合反應526.可逆輸運反應：把所需要的物質當做源物質，借助于適當氣體介質與之反應而形成一種氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物經化學遷移或物理載帶(用載氣)輸運到與源區(qū)溫度不同的淀積區(qū)，再發(fā)生逆向反應，使得源物質重新淀積出來。例：在源區(qū)(溫度為T2)發(fā)生輸運反應(向右進行)，源物質ZnS與I2作用生成氣態(tài)的ZnI2；在淀積區(qū)(溫度為T1)則發(fā)生淀積反應(向左進行)，ZnS或ZnSe重新淀積出來。CVD的典型化學反應526.可逆輸運反應：把所需要的物質當做源物質，借助于適當53CVD：同一材料有多種合成路線Ga2O(Ga+Ga2O3)Ga(CH3)3Ga(C2H5)3Ga2H6Ga

GaCl(Ga+HCl)GaCl3GaBr3NH3N2H453CVD：同一材料有多種合成路線Ga2O(Ga+Ga2O354Howdoesreactiongo?Dependsonparameters:TemperaturePressurereactants(purity,concentration…)

Thermodynamicsanddynamics！54Howdoesreactiongo?Depends55用氫還原硅的鹵化物方法制備薄膜時成膜速率與氣體組成關系的模型圖55用氫還原硅的鹵化物方法制備薄膜時

判斷反應、方向、平衡ignoresrateinformationDGristhecriteria.DGr<0CVD熱力學Notstrictlycorrectinflowingsystem (nonequilibrium)56 判斷反應、方向、平衡CVD熱力學Notstrictl氣體輸入氣體對流氣相擴散表面吸附表面反應表面脫附薄膜成核生長CVD動力學57氣體輸入氣體對流氣相擴散表面吸附表面反應表面脫附薄膜成核生長1.CVDFilmGrowthStepsoncereactionisidentified,considertheprocessindetail:源source:productionofappropriategas氣相傳輸transportofgastosubstrate沉積depositionoffilm:

吸附－adsorptionofgasonsubstrate反應－reactiononsubstrate

phasetransformationrecrystallization,graingrowth廢氣排除transportof"waste"productsawayfromsubstrate

581.CVDFilmGrowthSteps58A.CVDSources源類型：

氣體（最容易）揮發(fā)性液體

升華性固體混合物

源材料所需滿足要求：

穩(wěn)定stableatroomtemperature揮發(fā)性sufficientlyvolatilehighenoughpartialpressuretogetgoodgrowthratesreactiontemperature<meltingpointofsubstrateproducedesiredelementonsubstratewitheasilyremovableby-products低毒性lowtoxicity59A.CVDSources59B.Substratesneedtoconsider--besidesitspropertiesadsorptionsurfacereactionsex:WF6depositsonSibutnotonSiO2C.Growthoffilmsdependsontransportofgastosurfaceadsorptionofgasonsubstratereactionratesonsubstratetransportofproductsawayfromsubstrate60B.Substrates602.質量傳遞過程Masstransportingas

delivergasuniformlytosubstrate(uniformfilms)optimizeflowformaximumdepositionrateA.Twoflowregimes分子流

Molecularflow

diffusioningasD~T3/2/PfromKineticTheoryofGassesreducePforhigherDandhigherdepositionrate粘滯流

Viscousflow

lowflowratesproduceslaminarflow（層流）

(desired)highflowratesproducesturbulentflow（湍流）

(avoid)612.質量傳遞過程Masstransportinga層流laminarflow:simplecase--flowpastaplate

nearplatevelocity=0==>stagnantlayer(滯流層、邊界層)diffusegasthroughstagnantlayertosurface

62層流laminarflow:simplecase--masstransportdependsonfundamentalparametersexperimentalparameters反應物濃度reactantconcentrationpressure擴散diffusivitygasvelocity邊界層厚度boundarylayerthicknesstemperaturedistributionreactorgeometrygasproperties(viscosity...)

63masstransportdependsonfundaB.

氣相擴散模型(Grove,1967)AB(g)--->A(s)+B(g)

F1=fluxtosurfaceF2=fluxconsumedinfilmCG=concentrationofABingasCS=concentrationofABatsurface64B.

氣相擴散模型(Grove,1967)64F1=hG(CG-CS)=D/δ*(nG-nS) wherehG=gasdiffusionrateconstant,orD

F2=kSCS whereks=surfacerateconstantinsteadystate:F1=F2=F

growthrateoffilmisproportionaltoF∝T3/2/p65F1=hG(CG-CS)=D/δ*(nG-nS)∝C.Tworate-limitingcasesa傳質限制機制－masstransferlimitedsmallhG

growthcontrolledbytransfertosubstratehGisnotverytemperaturedependentcommonlimitathighertemperatureslowerpressure,higherT→Quickerdiffusion66C.Tworate-limitingcases66b表面反應限制－surfacereactionlimitedkS=C*exp(-Er/RT)smallkS

growthcontrolledbyprocessesonsurfaceadsorption,decompositionsurfacemigration,chemicalreactiondesorptionofproductskS=C*exp(-Er/RT)ishighlytemperaturedependent(increaseswithT)commonlimitatlowertemperaturesoftenpreferred67b表面反應限制－surfacereactionlimi68CVD成膜速率與溫度關系的模型曲線68CVD成膜速率與溫度關系的模型曲線69CVD先驅物（源物質）和反應器技術

源物質（或先驅物）是CVD工藝的前提和基礎，從根本上決定了CVD技術的成功與否和前途！1）氣態(tài)源2）液態(tài)源3）固態(tài)源CVD裝置設計包括：1）源物質（先軀物）的供應、調節(jié)系統(tǒng)（載氣、閥門、氣路、源區(qū)、流量調節(jié)等）2）反應器（構型、尺寸、襯底支撐體、加熱和附加能量方式等）設計3）尾氣排除或真空產生系統(tǒng)4）自動控制系統(tǒng)69CVD先驅物（源物質）和反應器技術源物質（或先驅物）是70薄膜生長前驅物氣體襯底托架臥式反應器襯底立式反應器氣相輸運載氣載氣氣態(tài)源液態(tài)源固態(tài)源前驅物氣體前驅物/源揮發(fā)70薄膜生長前驅物氣體襯底托架臥式反應器襯底立式反應器氣相輸開口體系CVD71?臥式

包括：氣體凈化系統(tǒng)、氣體測量和控制系統(tǒng)、反應器、尾氣處理系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)等。開口體系CVD71?臥式包括：氣體凈化系統(tǒng)、氣體測開口體系CVD72?臥式開口體系CVD72?臥式開口體系CVD73?臥式冷壁CVD：器壁和原料區(qū)都不加熱，僅基片被加熱，沉積區(qū)一般采用感應加熱或光輻射加熱。缺點是有較大溫差，溫度均勻性問題需特別設計來克服。

適合反應物在室溫下是氣體或具有較高蒸氣壓的液體。熱壁CVD：器壁和原料區(qū)都是加熱的，反應器壁加熱是為了防止反應物冷凝。管壁有反應物沉積，易剝落造成污染。

臥式反應器特點：常壓操作；裝、卸料方便。但是薄膜的均勻性差。開口體系CVD73?臥式冷壁CVD：器壁和原料區(qū)都不加熱，僅開口體系CVD74?立式開口體系CVD74?立式開口體系CVD75?立式開口體系CVD75?立式封閉體系CVD76封閉體系CVD76封閉體系CVD77封閉體系CVD77封閉體系CVD78閉管法的優(yōu)點：污染的機會少，不必連續(xù)抽氣保持反應器內的真空，可以沉積蒸氣壓高的物質。閉管法的缺點：材料生長速率慢，不適合大批量生長，一次性反應器，生長成本高；管內壓力檢測困難等。

閉管法的關鍵環(huán)節(jié)：反應器材料選擇、裝料壓力計算、溫度選擇和控制等。封閉體系CVD78閉管法的優(yōu)點：污染的機會少，不必連續(xù)抽氣保CVD設備79可生長金剛石薄膜的熱絲CVD設備CVD設備79可生長金剛石薄膜的熱絲CVD設備CVD設備80可生長半導體薄膜的MOCVD設備CVD設備80可生長半導體薄膜的MOCVD設備CVD設備81可生長SiO2、Si3N4、SiC、非晶硅、類金剛石DLC等多種薄膜的PECVD設備CVD設備81可生長SiO2、Si3N4、SiC、非晶硅、類82傳統(tǒng)的化學氣相沉積方法例：非晶BN薄膜的制備-雙氣體反應法

NH3+B10H14BN+H2控制NH3和B10H14比率、基片溫度82傳統(tǒng)的化學氣相沉積方法例：非晶BN薄膜的制備-雙氣體反應83傳統(tǒng)的化學氣相沉積方法例：金屬鹽熱分解法制備金屬氧化物C10H14CuO4CuO+CO+H2O

83傳統(tǒng)的化學氣相沉積方法例：金屬鹽熱分解法制備金屬氧化物C84傳統(tǒng)的化學氣相沉積方法例：金屬氯化和氫還原法制備金屬薄膜84傳統(tǒng)的化學氣相沉積方法例：金屬氯化和氫還原法制備金屬薄膜85傳統(tǒng)的化學氣相沉積方法例：催化化學氣相沉積法制備半導體和氮化硅薄膜85傳統(tǒng)的化學氣相沉積方法例：催化化學氣相沉積法制備半導體和86傳統(tǒng)的化學氣相沉積方法

常壓化學氣相沉積（AtmosphericpressureCVD,APCVD）86傳統(tǒng)的化學氣相沉積方法

常壓化學氣相沉積（Atmos87傳統(tǒng)的化學氣相沉積方法

常壓化學氣相沉積（AtmosphericpressureCVD,APCVD）87傳統(tǒng)的化學氣相沉積方法常壓化學氣相沉積（Atmosp88激光化學氣相沉積方法（Laserinducedchemicalvapordeposition）

激光觸發(fā)化學反應：光致化學反應：利用光子使分子分解熱致化學反應：激光用作加熱源特點：激光的方向性：局域沉積激光的單色性：可選擇激光波長反應溫度高沉積速率快主要參數(shù)：反應物起始濃度、惰性氣體濃度、表面溫度、氣體溫度、反應區(qū)尺寸主要應用：Al、Ni、Au、Si、SiC、Al/Au薄膜88激光化學氣相沉積方法（Laserinducedche89激光化學氣相沉積方法（Laserinducedchemicalvapordeposition）

熱解激光化學氣相沉積在聚焦的激光束照射下，基體局部表面溫度升高，而反應氣體對所用激光是透明的。處在基體加熱區(qū)的反應氣體分子受熱發(fā)生分解,形成自由原子，聚集在基體表面成為薄膜。89激光化學氣相沉積方法（Laserinducedche90激光化學氣相沉積方法（Laserinducedchemicalvapordeposition）

光解激光化學氣相沉積

LCVD所選激光波長應能被反應氣體分子高效吸收其能量，從而使反應氣在激光輻照下發(fā)生高效率分解，實現(xiàn)高速率沉積。一般選用近紫外（UV）激光器作為LCVD的光源,同樣反應氣體原料的選擇必須與所用激光束波長相匹配。90激光化學氣相沉積方法（Laserinducedche91光化學氣相沉積（photochemicalvapourdeposition,photo-CVD）高能光子有選擇性地激發(fā)表面吸附分子或氣體分子而導致鍵斷裂，產生自由化學粒子形成膜或在相鄰的基片上形成化合物。光化學氣相沉積過程強烈依賴于入射波波長?？捎眉す饣蜃贤夤鈱崿F(xiàn)。特點：沉積溫度低；沉積速率快；偏離平衡條件，可生成亞穩(wěn)相；制備的薄膜質量好，薄膜與基片的結合力高可制備各種金屬、介電和絕緣體、半導體化合物、非晶和其他合金薄膜91光化學氣相沉積（photochemicalvapour92光化學氣相沉積汞敏化光化學CVD

通過紫外照射使Hg處于激發(fā)態(tài)Hg*主要步驟：也可制備a-Si:H膜92光化學氣相沉積汞敏化光化學CVD93光化學氣相沉積由Si2H6直接光致分解（紫外）制備a-Si:H膜激光分解Si2H6和N2O制備a-SiO2膜93光化學氣相沉積由Si2H6直接光致分解（紫外）制備a-S94光化學氣相沉積非晶Si-N薄膜制備

調整NH3/SiH4比，可調整Si-N成分。94光化學氣相沉積非晶Si-N薄膜制備95等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhancedchemicaldeposition,PECVD）原理：等離子體中電子的能量可以使大多數(shù)氣體電離或分解，用電子動能代替熱能促進化學反應。等離子體的作用：電子、離子密度達109～1012個/cm3(maybemore)，平均電子能達1～10ev(1)產生化學活性的基團和離子，降低反應溫度；(2)加速反應物在表面的擴散作用，提高成膜速度；(3)濺射清洗作用，增強薄膜附著力；(4)增強碰撞散射作用，使形成的薄膜厚度均勻。95等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhanced96等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhancedchemicaldeposition,PECVD）優(yōu)點：低溫成膜（300-350℃），對基片影響小，避免了高溫帶來的膜層晶粒粗大及膜層和基片間形成脆性相；低壓下形成薄膜，膜厚及成分較均勻、針孔少、膜層致密、內應力小，不易產生裂紋；擴大了CVD應用范圍，特別是在不同基片上制備金屬薄膜、非晶態(tài)無機薄膜、有機聚合物薄膜等；薄膜的附著力大于普通CVD。96等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhanced97等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhancedchemicaldeposition,PECVD）例：a-Si:H薄膜四個等離子區(qū)；四個基片位條件：氣體混合比SiH4/(SiH4+H2)：

10%~100%

射頻功率密度：

10~20mW/cm2

總氣壓：0.1~2.0TorrSiH4流量：60ml/min

基片溫度：200~300C97等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhanced98等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhancedchemicaldeposition,PECVD）過程：1）氣體或混合氣體的射頻受激；2）受激氣體傳輸離開等離子區(qū)；3）受激氣體在等離子區(qū)外與反應氣體反應；4）在加熱基片處，實現(xiàn)化學氣相沉積。SiO2、Si3N4膜98等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhanced99等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhancedchemicaldeposition,PECVD）99等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhanced100等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhancedchemicaldeposition,PECVD）電子回旋共振化學氣相沉積

(ElectroncyclotronresonanceCVD，ECR-CVD)

利用微波與電子回旋放電，在低壓下產生高密度電荷與受激粒子等離子體，使氣體更容易實現(xiàn)化學反應。SiH4+N2Si-N+H2SiH4+O2Si-N+H2100等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhanced101等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhancedchemicaldeposition,PECVD）中空陰極沉積a-Si:H薄膜

SiH4a-Si:H101等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhanced102等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhancedchemicaldeposition,PECVD）102等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhanced103等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhancedchemicaldeposition,PECVD）103等離子增強化學氣相沉積（plasma-enhanced104低壓CVD（Low-PressureCVD，LPCVD）

早期CVD技術以開管系統(tǒng)為主，即AtmospherePressureCVD(APCVD)。

近年來，CVD技術令人注目的新發(fā)展是低壓CVD技術，即LowPressureCVD（LPCVD）。LPCVD原理與APCVD基本相同，主要差別是：低壓下氣體擴散系數(shù)增大，使氣態(tài)反應物和副產物的質量傳輸速率加快，形成薄膜的反應速率增加。104低壓CVD（Low-PressureCVD，LPCV105低壓CVD（Low-PressureCVD，LPCVD）105低壓CVD（Low-PressureCVD，LPCV106低壓CVD（Low-PressureCVD，LPCVD）LPCVD優(yōu)點（1