氣相沉積技術(shù).ppt

1、材料表面強(qiáng)化技術(shù),第三章 氣相沉積技術(shù),氣相沉積是利用氣相中發(fā)生的物理、化學(xué)過程，改變工件表面成分，在表面形成具有特殊性能的金屬或化合物涂層。,Target,Medium,Substrate,氣相沉積的物理基礎(chǔ) 相變驅(qū)動(dòng)力是亞穩(wěn)定的氣相與沉積固相之間的吉布斯自由能差，沉積的相變阻力還是形成新相表面能的增加。 氣相沉積的必要條件是沉積物質(zhì)的過飽和蒸汽壓，過飽和度是氣相沉積的動(dòng)力，遵守形核和晶體長(zhǎng)大的一般規(guī)律，當(dāng)結(jié)晶條件受到抑制時(shí)，則按非晶化規(guī)律轉(zhuǎn)變，形成非晶膜。氣相沉積的特殊性是氣相直接凝固成固相。,氣相沉積的特點(diǎn), 氣相沉積都是在密封系統(tǒng)的真空條件下進(jìn)行，除常壓化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的壓強(qiáng)約為一個(gè)大

2、氣壓外，都是負(fù)壓。沉積氣氛在真空室內(nèi)進(jìn)行，原料轉(zhuǎn)化率高，可以節(jié)約貴重材料資源。 氣相沉積可降低來自空氣等的污染，所得沉積膜或材料純度高。 能在較低溫度下制備高熔點(diǎn)物質(zhì)。 便于制備多層復(fù)合膜、層狀復(fù)合材料和梯度材料。,真空技術(shù)基礎(chǔ),所謂“真空”是指低于101.3kPa的氣體狀態(tài)，即與正常的大氣相比，是較為稀薄的一種氣體狀態(tài)。因此，我們所說的“真空”均指相對(duì)真空狀態(tài)。,“真空度”和“壓強(qiáng)” 真空度是對(duì)氣體稀薄程度的種度量，最直接的物理量應(yīng)該是每單位體積中的分子數(shù)， 氣體的壓強(qiáng)是指氣體作用于單位面積器壁上的壓力。 真空度的高低通常都用氣體的壓強(qiáng)來表示。,為了方便起見，常根據(jù)壓強(qiáng)的高低，習(xí)慣將真空劃分

3、為以下幾個(gè)區(qū)域：,真空的獲取 氣體傳輸泵：旋片式機(jī)械真空泵、油擴(kuò)散泵、分子泵；前級(jí)泵 氣體捕獲泵：分子篩吸附泵、鈦升華泵、濺射離子泵和低溫泵。次級(jí)泵。,旋片式機(jī)械泵結(jié)構(gòu)示意圖,低溫泵結(jié)構(gòu)示意圖,幾種常用真空泵的真空使用范圍,根據(jù)成膜過程機(jī)理的不同，可將氣相沉積技術(shù)分為物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）和物理化學(xué)氣相沉積（PCVD)三個(gè)大類 。,物理氣相沉積,一般說來，物理氣相沉積是把固態(tài)或液態(tài)成膜材料通過某種物理方式(高溫蒸發(fā)、濺射、等離子體、離子束、激光束、電弧等)產(chǎn)生氣相原子、分子、離子(氣態(tài)、等離子態(tài))，再經(jīng)過輸運(yùn)在基體表面沉積，或與其他活性氣體反應(yīng)形成反應(yīng)產(chǎn)物在基體上沉積為

4、固相薄膜的過程。,真空蒸鍍,真空蒸發(fā)(Vacuum Evaporation)鍍膜簡(jiǎn)稱蒸發(fā)鍍，是在真空條件下用蒸發(fā)器加熱待蒸發(fā)物質(zhì)，使其汽化并向基板輸送，在基板上冷凝形成固態(tài)薄膜的過程。,真空蒸鍍的基本過程 (1) 加熱蒸發(fā)過程：包括固相或液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗟南嘧冞^程(固相或液相氣相)，每種物質(zhì)在不同的溫度有不同的飽和蒸氣壓。 (2) 汽化原子或分子在蒸發(fā)源與基片之間的輸運(yùn)，此過程中汽化原子或分子與殘余氣體分子發(fā)生碰撞的次數(shù)決定于蒸發(fā)原子或分子的平均自由程以及源基距離。 (3)蒸發(fā)原子或分子在基片表團(tuán)的沉積過程，即蒸氣的凝聚成核，核生長(zhǎng)形成連續(xù)膜(氣相固相的相變過程)。,蒸發(fā)源 蒸發(fā)源是蒸鍍材料蒸發(fā)

5、汽化的熱源。目前使用的蒸發(fā)源主要有以下幾類： 電阻加熱蒸發(fā)源 用絲狀或片狀的高熔點(diǎn)金屬（鎢、鉬、鉭）做成適當(dāng)形狀的蒸發(fā)源，將膜料放在其中，接通電阻加熱膜料而使其蒸發(fā)。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、造價(jià)低廉 電子束加熱蒸發(fā)源 e型電子槍電子槍發(fā)出的電子束直接照射鍍料表面，將高速電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為加熱材料的熱能，使鍍料熔化蒸發(fā)，而進(jìn)行蒸鍍。 特點(diǎn)：能量可高度集中，使膜料的局部表面獲得很高的溫度，能準(zhǔn)確而方便的控制蒸發(fā)溫度。適用于制備高純度的膜層。 激光束蒸發(fā)源 通過聚焦可使激光束密度達(dá)到106W/cm2以上，它以無接觸加熱方式使膜料迅速氣化，然后沉積在基片上形成薄膜。 特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)化合物沉積，不會(huì)產(chǎn)生分

6、流現(xiàn)象，能蒸發(fā)高熔點(diǎn)材料。,真空蒸鍍的特點(diǎn)及應(yīng)用 優(yōu)點(diǎn)：工藝過程真空度高，因而膜層致密度及純度高；鍍膜工藝過程及設(shè)備比較簡(jiǎn)單、易控制。 缺點(diǎn)：膜層與基片結(jié)合力差，繞鍍性差。,濺射,濺射現(xiàn)象 入射核能離子轟擊靶材表面產(chǎn)生相互作用，結(jié)果會(huì)產(chǎn)生如圖所示的一系列物理化學(xué)現(xiàn)象，主要包括三類現(xiàn)象： 表面粒子：濺射原子或分子，二次電子發(fā)射，正負(fù)離子發(fā)射，濺射原子返回，解吸附雜質(zhì)（氣體）原子或分解，光子輻射等。 表面物化現(xiàn)象：加熱、清洗、刻蝕、化學(xué)分解或反應(yīng)。 材料表面層的現(xiàn)象：結(jié)構(gòu)損傷（點(diǎn)缺陷、線缺陷）、熱釘、碰撞級(jí)聯(lián)、離子注入、擴(kuò)散、非晶化和化合相。,濺射機(jī)理 濺射完全是動(dòng)能的交換過程。入射離子最初撞擊靶

7、體表面上的原子時(shí)，產(chǎn)生彈性碰撞，它的動(dòng)能傳遞給靶表面的原子，該表面原子獲得的動(dòng)能再向靶內(nèi)部原子傳遞，經(jīng)過一系列的碰撞過程即級(jí)聯(lián)碰撞，其中某一個(gè)原子獲得指向靶表面外的動(dòng)量，并且具有了克服表面勢(shì)壘（結(jié)合能）的能量，它就可以溢出靶面而成為濺射原子。,在濺射過程中，通過動(dòng)量傳遞，95%的離子能量作為熱量而被損耗，僅有5%的能量傳遞給二次發(fā)射的粒子。 濺射的中性粒子:二次電子:二次離子=100:10:1,入射粒子引起靶材表面 原子的級(jí)聯(lián)碰撞示意圖,濺射產(chǎn)額 濺射產(chǎn)額是指每一個(gè)入射離子所擊出的靶材的原子數(shù)，又稱濺射率或?yàn)R射系數(shù)。用S表示。 濺射產(chǎn)額S的大小與轟擊粒子的類型、能量、入射角有關(guān)，也與靶材原子的

8、種類、結(jié)構(gòu)有關(guān)，與濺射時(shí)靶材表面發(fā)生的分解、擴(kuò)散、化合等狀況有關(guān)，與濺射氣體的壓強(qiáng)有關(guān)。,濺射能量閾值 當(dāng)入射離子的能量小于或等于某個(gè)能量值時(shí)，不會(huì)發(fā)生濺射，S=0，此值稱為濺射能量閾值。與入射離子的種類關(guān)系不大、與靶材有關(guān)。,合金和化合物的濺射 合金靶材：為了得到與靶材成分基本相同的膜層，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)靶的冷卻，使靶處在冷態(tài)下濺射，這樣就降低了靶內(nèi)組分的擴(kuò)散效應(yīng)。開始濺射時(shí)，高濺射率的組分優(yōu)先濺出，表面該組分貧化，若降低擴(kuò)散遷移，深層元素不向表面補(bǔ)充，表面低濺射率元素濃度相對(duì)增高下多濺出，就可使沉積膜接近靶材成分。 化合物靶材：大多數(shù)化合物的離解能在10100eV范圍內(nèi)，而濺射工況下入射離子能量都

9、超過這一范圍，所以，化合物靶材在濺射時(shí)化合物會(huì)發(fā)生離解。膜成分和靶組分的化學(xué)配比將發(fā)生偏差，化合物的離解產(chǎn)物中常常是氣體原子，有可能被抽氣系統(tǒng)抽掉，所以要補(bǔ)償膜組分中化學(xué)配比的偏差，需要引入適量的“反應(yīng)氣體”，通過反應(yīng)濺射的方式來糾正化學(xué)配比的偏差。例如，氧化物、氮化物或硫化物的濺射中，需要添加一定比例的O2，N2，H2S等參加到濺射氣體中進(jìn)行反應(yīng)濺射，以保證化學(xué)配比。,濺射鍍膜方法,1、二極濺射,濺射原理：陰極濺射時(shí)，靶材作為陰極，其過程首先是將密閉系統(tǒng)抽至真空度為133.310-5133.310-4Pa，然后充入一定量的惰性氣體（通常是氬氣），此時(shí)真空度應(yīng)保持在133.310-3133.3

10、10-2Pa。在陰極和陽極之間之間加上34kv的高電壓，這時(shí)惰性氣體即產(chǎn)生輝光放電,并部分電離，在陰極周圍形成一個(gè)暗區(qū)。陰極暗區(qū)的等離子體包括惰性氣體的離子、中性原子、電子和光子。在陰極負(fù)高壓的吸引下，陰極暗區(qū)內(nèi)的惰性氣體離子(如Ar+)被加速，并以極高的速度轟擊靶，使靶材濺射出來。從靶材濺射出來的原子或分子以足夠高的速度飛向放在周圍的零件而形成鍍層。由于濺射出來的原子具有1035ev的動(dòng)能，因而濺射膜的附著力較強(qiáng)。,濺射方法根據(jù)特征可分為：直流濺射、射頻濺射、磁控濺射和反應(yīng)濺射。,2、射頻濺射,？如果靶材是絕緣材料，在正離子的轟擊下就會(huì)帶正電，從而使電位上升，離子加速電場(chǎng)就逐漸變小，到停止濺

11、射，至輝光放電停止。,在高頻交變電場(chǎng)作用下，可在絕緣靶表面上建立起負(fù)偏壓的緣故。在靶上施加射頻電壓，在靶處于正半周時(shí)，由于電子質(zhì)量比離子質(zhì)量小，故遷移率高，在很短時(shí)間內(nèi)飛向靶面，中和其表面累積的正電荷，并且在靶表面迅速積累大量電子，使靶材表面呈負(fù)電位，吸引正離子繼續(xù)轟未靶表面產(chǎn)生濺射。實(shí)現(xiàn)了正、負(fù)半周中，均可產(chǎn)生濺射。, 傳統(tǒng)濺射方法缺點(diǎn)：,3、磁控濺射,沉積速率比較低，特別是陰極濺射，共放電過程中只有大約0.30.5的氣體分子被電離； 工作氣壓高； 氣體分子對(duì)薄膜污染高,是一種高速低溫濺射技術(shù)，由于在磁控濺射中運(yùn)用了正交電磁場(chǎng)，使離化率提高到5%6%，使濺射速率比二極濺射提高10倍以上，沉積

12、速率可達(dá)每分鐘幾百至2000nm。, 磁控濺射技術(shù)：, 磁控濺射原理：,電子e在電場(chǎng)E的作用下，在飛向基板的過程中與Ar原子發(fā)生碰撞，使其電離成Ar+和一個(gè)電子e，電子e飛向基片，Ar+在電場(chǎng)的作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，濺射出中性靶原子或分子沉積在基片上形成膜。另外，被濺射出的二次電子e1一旦離開靶面，就同時(shí)受到電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用，進(jìn)入負(fù)輝區(qū)則只受磁場(chǎng)作用。于是，從靶表面發(fā)出的二次電子e1，首先在陽極暗區(qū)受到電場(chǎng)加速飛向負(fù)輝區(qū)。進(jìn)入負(fù)輝區(qū)的電子具有一定的速度，并且是垂直于磁力線運(yùn)動(dòng)的，在Lonenlz力Fq(E十vB)的作用下，而繞磁力線旋轉(zhuǎn)。電子旋轉(zhuǎn)半圈后重新進(jìn)入陰極暗區(qū)，受到

13、電場(chǎng)減速。當(dāng)電子接近靶平面時(shí)速度降為零。以后電子在電場(chǎng)作用下再次飛離靶面，開始新的運(yùn)動(dòng)周期。電子就這樣跳躍式地向EB所指方向漂移。電子在正交電磁場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡近似一條擺線。若為環(huán)行磁場(chǎng)，則電子就近似擺線形式在靶表面做圓周運(yùn)動(dòng)。二次電子在環(huán)狀磁場(chǎng)的控制下，運(yùn)動(dòng)路徑很長(zhǎng)，增加了與氣體碰撞電離的概率，從而實(shí)現(xiàn)磁控濺射沉積速率高的特點(diǎn)。,化合物薄膜占全部薄膜的70%，在薄膜制備中占重要地位。大多數(shù)化合物薄膜可以用 化學(xué)氣相沉積(CVD)法制備，但是PVD也是制備化合物薄膜的一種好方法。,4、反應(yīng)濺射,濺射鍵膜中，引入某些活性反應(yīng)氣體與濺射粒子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成不同于靶材的化合物薄膜。例如通過在O2

14、中濺射反應(yīng)制備氧化物薄膜在N2或NH3個(gè)制備氮化物薄膜，在C2H2或CH4中制備碳化物薄膜等。,將反應(yīng)氣體和濺射氣體分別送至基板和靶附近，以形成壓力梯度。一般反應(yīng)濺射的氣壓都很低，氣相反應(yīng)不顯著。但是，等離子體中流通電流很高，對(duì)反應(yīng)氣體的分解、激發(fā)和電離起著重要作用，因而使反應(yīng)濺射中產(chǎn)生強(qiáng)大的由載能游離原子團(tuán)組成的粒子流，與濺射出來的靶原子從陰極靶流向基片，在基片上克服薄膜生成的激活能，而生成化合物。在很多情況下，只要改變?yōu)R射時(shí)反應(yīng)氣體與惰性氣體的比例，就可改變薄膜性質(zhì)，如可使薄膜由金屬導(dǎo)體非金屬。,離子鍍,離子鍍技術(shù)是結(jié)合了蒸發(fā)與濺射兩種薄膜沉積技術(shù)而發(fā)展起來的一種物理氣相沉積方法。,二極直

15、流放電離子鍍示意圖,離子鍍的定義：是指在真空條件下，利用氣體放電使工作氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)（鍍料）部分離化，在工作氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)的離子轟擊作用下，把蒸發(fā)物或其反應(yīng)物沉積在被鍍物體表面的過程。,離子鍍的類型：（從離子來源的角度可分為）蒸發(fā)源離子鍍和濺射離子鍍兩大類。,離子鍍技術(shù)的特征：在基片上施加負(fù)偏壓，用來加速離子，增加調(diào)節(jié)離子的能量。,離子鍍的主要優(yōu)點(diǎn)：等離子體的活性有利于降低化合物的合成溫度；離子轟擊提高了薄膜的致密度；改善了膜層的組織結(jié)構(gòu)；提高膜/基結(jié)合力。, 荷能離子對(duì)基體表面的轟擊效應(yīng)： 濺射清洗 產(chǎn)生缺陷 結(jié)晶系破壞 改變表面形貌 氣體滲入 溫度升高 和表面成分變化,離子鍍的特點(diǎn)

16、：,清除表面吸附氣體和氧化物的污染,促使晶格原子離位和遷移而形成 空位和間隙原子點(diǎn)缺陷,導(dǎo)致破壞表面結(jié)晶結(jié)構(gòu)或非晶態(tài)化,表面粗糙化,氣體滲入沉積的膜中,大部分轟擊粒子的能量轉(zhuǎn)成表面加熱,選擇濺射及擴(kuò)散作用使表面成分有異于整體材料成分, 荷能離子對(duì)基體和鍍層界面的轟擊效應(yīng)： 物理混合 增強(qiáng)擴(kuò)散 改善成核 減少松散結(jié)合原子 改善表面覆蓋度 增加繞鍍性,反沖注入與級(jí)聯(lián)碰撞，引起近表面區(qū)的非擴(kuò) 散型混合，形成“偽擴(kuò)散層”界面，即膜基 之間的過濾層，厚達(dá)幾微米，其中甚至?xí)?現(xiàn)新相。這可大大提高膜基附著強(qiáng)度。,高缺陷濃度與溫升提高了擴(kuò)散速率，增強(qiáng)沉積原子與基體原子之間的相互擴(kuò)散,即使原來屬于非反應(yīng)性成核

17、模式 的情況，經(jīng)離子轟擊表面產(chǎn)生更 多缺陷，增加了成核密度，從而 更有利于形成擴(kuò)散反應(yīng)型成核 模式。,優(yōu)先去除結(jié)合松散的原子, 荷能離子在薄膜生長(zhǎng)中的效應(yīng)： 有利于化合物形成 清除柱狀晶、提高致密度， 對(duì)膜層內(nèi)應(yīng)力的影響， 改變膜的組織結(jié)構(gòu)， 強(qiáng)化基體表面等；,鍍料粒子與反應(yīng)氣體激活 反應(yīng)，活性提高，在較低 溫度下形成化合物,轟擊和濺射破壞了柱狀晶 生長(zhǎng)條件，轉(zhuǎn)變成稠密的 各向異性結(jié)構(gòu),使原子處于非平衡位置而增 加應(yīng)力或增強(qiáng)擴(kuò)散和再結(jié)晶 等松弛應(yīng)力。,提高沉積粒子的激活能， 甚至出現(xiàn)新亞穩(wěn)相，改變 膜的組織結(jié)構(gòu)和性能,基體表面產(chǎn)生壓應(yīng)力,真空室抽至10-310-4Pa，隨后通入惰性氣體（Ar）

18、，真空度達(dá)110-1Pa，接通高壓電源，在蒸發(fā)源（陽極）和基片（陰極）之間建立起一個(gè)低壓氣體放電的低溫等離子區(qū)。基片成為輝光放電的陰極，其附近成為陰極暗區(qū)。在負(fù)輝區(qū)附近產(chǎn)生的惰性氣體離子進(jìn)入進(jìn)入陰極暗區(qū)被電場(chǎng)加速并轟擊基片表面，可有效地清除基片表面的氣體和污物。隨后，讓鍍料汽化，蒸發(fā)的粒子進(jìn)入等離子區(qū)，并與等離子區(qū)中的正離子和被激發(fā)的惰性氣體原子以及電子發(fā)生碰撞，其中一部分蒸發(fā)粒子被電離成正離子，而大部分原子達(dá)不到離化的能量，處于激發(fā)狀態(tài)。被電離的鍍料離子和惰性氣體離子一起受到負(fù)高壓電場(chǎng)加速，以較高的能量轟擊基片和鍍層的表面，并沉積成膜。這種荷能粒子的轟擊貫穿鍍膜成核和生長(zhǎng)的全過程。離子鍍成膜

19、過程中所需的能量靠荷能離子供給，而離子的能量是在電離碰撞以及離子被電場(chǎng)加速獲得的，而不是靠加熱方式獲得的。,離子鍍?cè)?離子鍍技術(shù)必須具備三個(gè)條件：一是有一個(gè)氣體放電空間，工作氣體部分地電離產(chǎn)生等離子體；二是要將鍍料原子或反應(yīng)氣體引進(jìn)放電空間，在其中進(jìn)行電荷交換和能量交換，使之部分離化，產(chǎn)生鍍料物質(zhì)或反應(yīng)氣體的等離子體；三是在基片上部施加負(fù)電位，形成對(duì)離子加速電場(chǎng)。,在離子鍍過程中，鍍料氣化粒子來源于蒸發(fā)，而鍍料離子的電離則發(fā)生在鍍料與基片之間的氣體放電空間。處于負(fù)電位的基片表面受到等離子體的包圍，在鍍膜前受到惰性氣體正離子的轟擊濺射，清理了表面。在鍍膜時(shí)則受到惰性氣體離子和鍍料離子的轟擊濺射

20、，沉積與反濺共存。所以說離子鍍是真空蒸發(fā)和濺射技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，只不過濺射的對(duì)象是基片和沉積中的膜層。,化學(xué)氣相沉積,化學(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposition,CVD）是通過化學(xué)反應(yīng)的方式，利用加熱、等離子激勵(lì)或光輻射等各種能源，在反應(yīng)器內(nèi)使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學(xué)物質(zhì)在氣相或氣固界面上經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成固態(tài)沉積物的技術(shù)。簡(jiǎn)單來說就是：兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個(gè)反應(yīng)室內(nèi),然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種新的材料，沉積到基片表面上。,為適應(yīng)CVD技術(shù)的需要，選擇原料、產(chǎn)物及反應(yīng)類型等通常應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)基本要求： (1)反應(yīng)劑在室溫或不太高的溫度下最好是氣態(tài)或有較高

21、的蒸氣壓而易于揮發(fā)成蒸汽的液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，且有很高的純度； (2)通過沉積反應(yīng)易于生成所需要的材料沉積物，而其他副產(chǎn)物均易揮發(fā)而留在氣相排出或易于分離； (3)反應(yīng)易于控制。,與PVD時(shí)的情況不同，CVD過程多是在相對(duì)較高的壓力環(huán)境下進(jìn)行的，因?yàn)檩^高的壓力有助于提高薄膜的沉積速率。此時(shí)，氣體的流動(dòng)狀態(tài)己處于黏滯流狀態(tài)。氣相分子的運(yùn)動(dòng)路徑不再是直線，而它在襯底止的沉積幾率取決于氣壓、溫度、氣體組成、氣體激發(fā)狀態(tài)、薄膜表面狀態(tài)等多個(gè)復(fù)雜因素的組合。這一特性決定了CVD薄膜可以被均勻地涂覆在復(fù)雜零件的表面上，而較少受到陰影效應(yīng)的限制。,利用CVD方法，可以制備的薄膜種類范圍很廣，包括固體電子器件所需

22、的各種薄膜、軸承和工具的耐磨涂層，發(fā)動(dòng)機(jī)或核反應(yīng)堆部件的高溫防護(hù)涂層等。特別是在高質(zhì)量的半導(dǎo)體晶體外延技術(shù)以及各種介電薄膜的制備中，大量使用了化學(xué)氣相沉積技術(shù)。,CVD特點(diǎn)及應(yīng)用,CVD技術(shù)的分類,CVD技術(shù)根據(jù)反應(yīng)類型或者壓力可分為 低壓CVD(LPCVD) 常壓CVD(APCVD) 亞常壓CVD(SACVD) 超高真空CVD(UHCVD) 等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD) 高密度等離子體CVD(HDPCVD) 快熱CVD(RTCVD) 金屬有機(jī)物CVD(MOCVD),CVD是建立在化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)上的，要制備特定性能材料首先要選定一個(gè)合理的沉積反應(yīng)。用于CVD技術(shù)的通常有如下所述五種反應(yīng)類型。

23、 (1)熱分解反應(yīng) 熱分解反應(yīng)是最簡(jiǎn)單的沉積反應(yīng)，利用熱分解反應(yīng)沉積材料一般在簡(jiǎn)單的單溫區(qū)爐中進(jìn)行，其過程通常是首先在真空或惰性氣氛下將襯底加熱到一定溫度，然后導(dǎo)入反應(yīng)氣態(tài)源物質(zhì)使之發(fā)生熱分解，最后在襯底上沉積出所需的固態(tài)材料。熱分解發(fā)可應(yīng)用于制備金屬、半導(dǎo)體以及絕緣材料等。 最常見的熱分解反應(yīng)有四種。 （a）氫化物分解 （b）金屬有機(jī)化合物的熱分解 （c）氫化物和金屬有機(jī)化合物體系的熱分解 （d）其他氣態(tài)絡(luò)合物及復(fù)合物的熱分解,化學(xué)氣相沉積法的原理,(2)氧化還原反應(yīng)沉積 一些元素的氫化物有機(jī)烷基化合物常常是氣態(tài)的或者是易于揮發(fā)的液體或固體，便于使用在CVD技術(shù)中。如果同時(shí)通入氧氣，在反應(yīng)器

24、中發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)就沉積出相應(yīng)于該元素的氧化物薄膜。例如：,許多金屬和半導(dǎo)體的鹵化物是氣體化合物或具有較高的蒸氣壓，很適合作為化學(xué)氣相沉積的原料，要得到相應(yīng)的該元素薄膜就常常需采用氫還原的方法。氫還原法是制取高純度金屬膜的好方法，工藝溫度較低，操作簡(jiǎn)單，因此有很大的實(shí)用價(jià)值。例如：,(3) 化學(xué)合成反應(yīng)沉積 化學(xué)合成反應(yīng)沉積是由兩種或兩種以上的反應(yīng)原料氣在沉積反應(yīng)器中相互作用合成得到所需要的無機(jī)薄膜或其它材料形式的方法。這種方法是化學(xué)氣相沉積中使用最普遍的一種方法。 與熱分解法比，化學(xué)合成反應(yīng)沉積的應(yīng)用更為廣泛。因?yàn)榭捎糜跓岱纸獬练e的化合物并不很多，而無機(jī)材料原則上都可以通過合適的反應(yīng)合成得到。

25、,(4)化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)沉積 把所需要沉積的物質(zhì)作為源物質(zhì)，使之與適當(dāng)?shù)臍怏w介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并形成一種氣態(tài)化合物。這種氣態(tài)化合物經(jīng)化學(xué)遷移或物理載帶而輸運(yùn)到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，再發(fā)生逆向反應(yīng)生成源物質(zhì)而沉積出來。這樣的沉積過程稱為化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)沉積。 其中的氣體介質(zhì)成為輸運(yùn)劑，所形成的氣態(tài)化合物稱為輸運(yùn)形式。 這類反應(yīng)中有一些物質(zhì)本身在高溫下會(huì)汽化分解然后在沉積反應(yīng)器稍冷的地方反應(yīng)沉積生成薄膜、晶體或粉末等形式的產(chǎn)物。HgS就屬于這一類，具體反應(yīng)可以寫成： 也有些原料物質(zhì)本身不容易發(fā)生分解，而需添加另一種物質(zhì)（稱為輸運(yùn)劑）來促進(jìn)輸運(yùn)中間氣態(tài)產(chǎn)物的生成。,(5) 等離子體增強(qiáng)的反應(yīng)沉積 在低真空條件下

26、，利用直流電壓（DC）、交流電壓（AC）、射頻（RF）、微波（MW）或電子回旋共振（ECR）等方法實(shí)現(xiàn)氣體輝光放電在沉積反應(yīng)器中產(chǎn)生等離子體。 由于等離子體中正離子、電子和中性反應(yīng)分子相互碰撞，可以大大降低沉積溫度，例如硅烷和氨氣的反應(yīng)在通常條件下，約在850左右反應(yīng)并沉積氮化硅，但在等離子體增強(qiáng)反應(yīng)的條件下，只需在350左右就可以生成氮化硅。 一些常用的PECVD反應(yīng)有：,(6)其他能源增強(qiáng)反應(yīng)沉積 隨著高新技術(shù)的發(fā)展，采用激光增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積也是常用的一種方法。例如： 通常這一反應(yīng)發(fā)生在300左右的襯底表面。采用激光束平行于襯底表面，激光束與襯底表面距離約1mm，結(jié)果處于室溫的襯底表面上就會(huì)沉積出一層光亮的鎢膜。 其他各種能源例如利用火焰燃燒法，或熱絲法都可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)反應(yīng)沉積的目的。,一般來講，CVD裝置往往包括以下幾個(gè)基本部分： 反應(yīng)氣體和載氣的供給和計(jì)量裝置； 必要的加熱和冷卻系統(tǒng)； 反應(yīng)產(chǎn)物氣體的排出裝置或真空系統(tǒng)。 如同在物理氣相沉積時(shí)的情形一樣。針對(duì)不同的薄膜材料和使用目的?；瘜W(xué)氣相沉積裝置可