用化學氣相沉積CVD法制備薄膜材料課件

用化學氣相沉積（CVD）法制備薄膜材料演講人：肖騏學號：2140120419用化學氣相沉積（CVD）法制備薄膜材料演講人：肖騏12目錄

1化學氣相沉積方法發(fā)展簡史2CVD的基本概念及原理3CVD合成工藝4CVD制造薄膜技術(shù)的介紹2目錄231化學氣相沉積方法發(fā)展簡史古人類在取暖或燒烤時利用巖洞壁或巖石上的黑色碳層20世紀50年代主要用于道具涂層80年代低壓CVD成膜技術(shù)成為研究熱潮近年來PECVD、LCVD等高速發(fā)展20世紀60-70年代用于集成電路31化學氣相沉積方法發(fā)展簡史古人類在取暖或燒烤時利用巖洞壁34化學氣相沉積（CVD）：通過化學反應的方式，利用加熱、等離子激勵或光輻射等各種能源，在反應器內(nèi)使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學物質(zhì)在氣相或氣固界面上經(jīng)化學反應形成固態(tài)沉積物的技術(shù)。簡單來說就是兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導入到一個反應室內(nèi),然后他們相互之間發(fā)生化學反應，形成一種新的材料，沉積到基片表面上。從氣相中析出的固體的形態(tài)主要有：在固體表面上生成薄膜、晶須和晶粒，在氣體中生成粒子。2CVD的基本概念及原理4化學氣相沉積（CVD）：2CVD的基本概念及原理45CVD技術(shù)要求：反應劑在室溫或不太高的溫度下最好是氣態(tài)或有較高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；通過沉積反應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；反應易于控制。5CVD技術(shù)要求：56CVD技術(shù)分類：CVD技術(shù)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CVD(PECVD)高密度等離子體CVD(HDPCVD快熱CVD(RTCVD)金屬有機物CVD(MOCVD)按反應類型或壓力分類按沉積中是否含有化學反應分類物理氣相沉積化學氣相沉積6CVD技術(shù)分類：CVD技術(shù)低壓CVD（LPCVD）常壓CV67常用CVD技術(shù)：7常用CVD技術(shù)：78CVD技術(shù)的反應原理熱分解反應氧化還原反應化學合成反應化學輸運反應等離子體增強反應其他能源增強反應8CVD技術(shù)的反應原理熱分解反應氧化還原反應化學合成反應化學89熱分解反應：在真空或惰性氣氛下將襯底加熱到一定溫度后導入反應氣態(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。氫化物分解：金屬有機化合物的熱分解：氫化物和金屬有機化合物體系的熱分解其他氣態(tài)絡合物及復合物的熱分解9熱分解反應：910氧化還原反應：一些元素的氫化物及有機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，CVD技術(shù)中如果同時通入氧氣，在反應器中發(fā)生氧化反應時就沉積出相應于該元素的氧化物薄膜。氫還原法是制取高純度金屬膜的好方法，工藝溫度較低，操作簡單，因此有很大的實用價值。10氧化還原反應：1011化學合成反應：由兩種或兩種以上的反應原料氣在沉積反應器中相互作用合成得到所需要的無機薄膜或其它材料形式的方法。與熱分解法比，這種方法的應用更為廣泛，因為可用于熱分解沉積的化合物并不很多，而無機材料原則上都可以通過合適的反應合成得到。11化學合成反應：1112化學輸運反應：把所需要沉積的物質(zhì)作為源物質(zhì)，使之與適當?shù)臍怏w介質(zhì)發(fā)生反應并形成一種氣態(tài)化合物。這種氣態(tài)化合物經(jīng)化學遷移或物理載帶而輸運到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，再發(fā)生逆向反應生成源物質(zhì)而沉積出來。這樣的沉積過程稱為化學輸運反應沉積。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)（稱為輸運劑）來促進輸運中間氣態(tài)產(chǎn)物的生成。12化學輸運反應：1213等離子體增強反應：在低真空條件下，利用RF、MW或ECR等方法實現(xiàn)氣體輝光放電在沉積反應器中產(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在通常條件下，約在850℃左右反應并沉積氮化硅，但在等離子體增強反應的條件下，只需在350℃左右就可以生成氮化硅。13等離子體增強反應：1314其它能源增強反應：采用激光、火焰燃燒法、熱絲法等其它能源也可以實現(xiàn)增強反應沉積的目的。14其它能源增強反應：14153.1化學氣相沉積法合成生產(chǎn)工藝種類3CVD合成工藝

CVD裝置通常由氣源控制部件、沉積反應室、沉積溫控部件、真空排氣和壓強控制部件等部分組成。任何CVD系統(tǒng)均包含一個反應器、一組氣體傳輸系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及工藝控制系統(tǒng)等。大體上可以把不同的沉積反應裝置粗分為常壓化學氣相沉積（APCVD）、低壓化學氣相沉積（LPCVD）、等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）、有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）和激光化學氣相沉積（LCVD）等。153.1化學氣相沉積法合成生產(chǎn)工藝種類3CVD合成1516APCVD是在壓力接近常壓下進行CVD反應的一種沉積方式。APCVD的操作壓力接近1atm(101325Pa)，按照氣體分子的平均自由徑來推斷，此時的氣體分子間碰撞頻率很高，是屬于均勻成核的“氣相反應”很容易發(fā)生而產(chǎn)生微粒。1、常壓化學氣相沉積（APCVD）2、低壓化學氣相沉積（LPCVD）LPCVD是在壓力降低到大約100Torr(1Torr=133.332Pa)以下的一種CVD反應。由于低壓下分子平均自由程增加，氣態(tài)反應劑與副產(chǎn)品的質(zhì)量傳輸速度加快，從而使形成沉積薄膜材料的反應速度加快，同時氣體分布的不均勻性在很短時間內(nèi)可以消除，所以能生長出厚度均勻的薄膜。16APCVD是在壓力接近常壓下進行CVD反應的一種沉積方式1617PECVD通過輝光放電形成等離子體，增強化學反應，降低沉積溫度，可以在常溫至350℃條件下沉積氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅及非晶硅膜等。在輝光放電的低溫等離子體內(nèi)，“電子氣”的溫度約比普通氣體分子的平均溫度高10～100倍，即當反應氣體接近環(huán)境溫度時，電子的能量足以使氣體分子鍵斷裂并導致化學活性粒子（活化分子、離子、原子等基團）的產(chǎn)生，使本來需要在高溫下進行的化學反應由于反應氣體的電激活而在相當?shù)偷臏囟认录纯蛇M行，也就是反應氣體的化學鍵在低溫下就可以被打開。所產(chǎn)生的活化分子、原子集團之間的相互反應最終沉積生成薄膜。3、等離子化學氣相沉積（PECVD）17PECVD通過輝光放電形成等離子體，增強化學反應，降低沉1718MOCVD是一種利用低溫下易分解和揮發(fā)的金屬有機化合物作為源物質(zhì)進行化學氣相沉積的方法，主要用于化合物半導體氣相生長方面。在MOCVD過程中，金屬有機源（MO源）可以在熱解或光解作用下，在較低溫度沉積出相應的各種無機材料，如金屬、氧化物、氮化物、氟化物、碳化物和化合物半導體材料等的薄膜。4、有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）LCVD是用激光束的光子能量激發(fā)和促進化學反應的薄膜沉積方法。LCVD過程是激光分子與反應氣分子或襯材表面分子相互作用的過程。其機制分為激光熱解沉積和激光光解沉積兩種。5、激光化學氣相沉積（LCVD）18MOCVD是一種利用低溫下易分解和揮發(fā)的金屬有機化合物作18193.2化學氣相沉積法合成生產(chǎn)裝置氣相反應室的核心問題是使制得的薄膜盡可能均勻。要求能及時對基片表面充分供給氧氣，反應生成物還必須能放便取出。氣相反應器有水平型、垂直型、圓筒型等幾種。1、氣相反應室常用加熱方法是電阻加熱和感應加熱；紅外輻射加熱采用聚焦加熱可以進一步強化熱效應，使基片或托架局部迅速加熱升溫；激光加熱是一種非常有特色的加熱方法，其特點是保持在基片上微小局部使溫度迅速升高，通過移動光束斑來實現(xiàn)連續(xù)掃描加熱的目的。2、加熱方法193.2化學氣相沉積法合成生產(chǎn)裝置氣相反應室的核心問題是1920精確控制各種氣體（如原料氣、氧化劑、還原劑、載氣等）的配比以制備優(yōu)質(zhì)薄膜。目前使用的監(jiān)控元件主要由質(zhì)量流量計和針形閥。3、氣體控制系統(tǒng)CVD反應氣體大多有毒性或強烈的腐蝕性，因此需要經(jīng)過處理后才可以排放。通常采用冷吸收或通過臨水水洗后，經(jīng)過中和和反應后排放處理。隨著全球環(huán)境惡化和環(huán)境保護的要求，排氣處理系統(tǒng)在先進CVD設(shè)備中已成為一個非常重要的組成部分。4、排氣處理系統(tǒng)20精確控制各種氣體（如原料氣、氧化劑、還原劑、載氣等）的配2021常壓單晶外延和多晶薄膜沉積裝置桶式反應器可以用于硅外延生長，裝置24～30片襯底/次臥式反應器可以用于硅外延生長，裝置3～4片襯底立式反應器可以用于硅外延生長，裝置6～8片襯底/次21常壓單晶外延和多晶薄膜沉積裝置桶式反應器臥式反應器立式反2122熱壁LCVD裝置采用直立插片增加了硅片容量

22熱壁LCVD裝置采用直立插片增加了硅片容量2223等離子體增強CVD裝置(a)是一種最簡單的電感耦合產(chǎn)生等離子的PECVD裝置，可以在實驗室中使用。（b）是一種平行板結(jié)構(gòu)裝置。襯底放在具有溫控裝置的下面平板上，壓強通常保持在133Pa左右，射頻電壓加在上下平行板之間，于是在上下平板間就會出現(xiàn)電容耦合式的氣體放電，并產(chǎn)生等離子體

(c)是一種擴散爐內(nèi)放置若干平行板、由電容式放電產(chǎn)生等等離子體的PECVD裝置。它的設(shè)計主要是為了配合工廠生產(chǎn)的需要，增加爐產(chǎn)量23等離子體增強CVD裝置(a)是一種最簡單的電感耦合產(chǎn)生等2324MOCVD裝置MOCVD設(shè)備的進一步改進主要有三個方面：獲得大面積和高均勻性的薄膜材料；盡量減少管道系統(tǒng)的死角和縮短氣體通斷的間隔時間，以生長超薄層和超晶格結(jié)構(gòu)材料；設(shè)計成具有多用性、靈活性和操作可變性的設(shè)備，以適應多方面的要求。24MOCVD裝置MOCVD設(shè)備的進一步改進主要有三個方面：2425履帶式常壓CVD裝置襯底硅片放在保持400℃的履帶上，經(jīng)過氣流下方時就被一層CVD薄膜所覆蓋。25履帶式常壓CVD裝置襯底硅片放在保持400℃的履帶上，經(jīng)2526模塊式多室CVD裝置桶罐式CVD反應裝置對于硬質(zhì)合金刀具的表面涂層常采用這一類裝置，它的優(yōu)點是與合金刀具襯底的形狀關(guān)系不大，各類刀具都可以同時沉積，而且容器很大，一次就可以裝上千的數(shù)量。各個反應器之間相互隔離利用機器手在低壓或真空中傳遞襯底硅片。因此可以一次連續(xù)完成數(shù)種不同的薄膜沉積工作。26模塊式多室CVD裝置桶罐式CVD反應裝置對于硬質(zhì)合金刀具2627影響CVD制備材料質(zhì)量的因素：反應混合物的供應：通過實驗選擇最佳反應物分壓及其相對比例。沉積溫度：直接影響反應系統(tǒng)的自由能，決定反應進行的程度和方向，不同沉積溫度對涂層的顯微結(jié)構(gòu)及化學組成有直接的影響。襯底材料：涂層能與基體之間有過渡層或基體與涂層線性膨脹系數(shù)差異相對較小時，涂層與基體結(jié)合牢固。系統(tǒng)內(nèi)總壓和氣體總流速：直接影響輸運速率，由此波及生長層的質(zhì)量。反應系統(tǒng)裝置的因素：反應系統(tǒng)的密封性、反應管和氣體管道的材料以及反應管的結(jié)構(gòu)形式對產(chǎn)品質(zhì)量也有不可忽視的影響。源材料的純度：材料質(zhì)量又往往與源材料（包括載氣）的純度有關(guān)。

27影響CVD制備材料質(zhì)量的因素：27284CVD制造薄膜技術(shù)的介紹

4.1CVD法制備薄膜過程描述（四個階段）（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(chǎn)生的氣相副產(chǎn)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(chǎn)物——薄膜。284CVD制造薄膜技術(shù)的介紹4.1CVD法制備薄28294.2CVD成膜技術(shù)的優(yōu)缺點

★優(yōu)點

即可制作金屬薄膜，又可制作多組分合金薄膜；

CVD反應可在常壓或低真空進行，繞射性能好；薄膜純度高、致密性好、殘余應力小、結(jié)晶良好；薄膜生長溫度低于材料的熔點；薄膜表面平滑；29即可制作金屬薄膜，又可制作多組分合金薄膜；2930

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

反應溫度還是太高，盡管低于物質(zhì)的熔點；工件溫度高于PVD技術(shù)，應用中受到一定限制；對基片進行局部表面鍍膜時很困難，不如PVD方便?！锶秉c30參與沉積的反應源和反應后的氣體易燃、易爆或有毒，需環(huán)保3031納米金剛石膜普通金剛石膜的一切優(yōu)異性能

表面更光滑摩擦系數(shù)更低導電性更強

場發(fā)射性能更好

電化學電極光學涂層耐磨涂層普通金剛石膜應用領(lǐng)域場發(fā)射陰極

本研究應用背景4.3PECVD法制備納米金剛石薄膜（實例）31納米金表面更光滑導電性更強場發(fā)射性電化學電極光學涂層普3132323233原料：CH4、Ar、H2、

N2、CO2反應原理：CH4→C＋H2

過程：原料準備成膜基體預處理表面活化形核、生長33原料：CH4、Ar、H2、N2、CO2過程：原料3334★

基體表面預處理工藝對金剛石薄膜形核影響研究三種預處理方法的具體工藝參數(shù)

34★基體表面預處理工藝對金剛石薄膜形核影響研究三種預處理3435

（a）1＃

(b)

2＃

(c)

3＃

經(jīng)不同方法預處理的基體上生長的金剛石薄膜的光學顯微鏡照片

結(jié)論：手磨和超聲波研磨相結(jié)合的預處理方法，對促進基體表面形核、提高形核密度、減小長成的晶粒粒度的作用最為顯著。35（a）1＃35362、反應氣體的選擇以CH4+Ar+H2為反應氣源制備金剛石膜以CH4+N2為反應氣源制備金剛石膜以CH4+N2+H2為反應氣源制備的金剛石膜以CH4+CO2+H2為反應氣源制備的金剛石膜以CH4+CO2+Ar為反應氣源制備的金剛石膜362、反應氣體的選擇以CH4+Ar+H2為反應氣源制備金剛3637②以CH4+N2為反應氣源制備金剛石膜

以CH4+N2氣源沉積納米金剛石膜試驗方案

37②以CH4+N2為反應氣源制備金剛石膜以CH4+N237387＃

8＃

9＃

10＃

11＃

387＃38399＃樣的SEM圖（左為表面形貌，右為斷口形貌）

1、納米單晶體＋納米單晶體團聚體＋異常長大的晶粒結(jié)構(gòu)2、薄膜厚度在5～6μm之間

399＃樣的SEM圖（左為表面形貌，右為斷口形貌）1、納米3940小結(jié)：（1）以CH4+N2為反應氣源可制備出晶粒尺寸及粗糙度小于30nm、且膜厚在5μm以上的納米金剛石膜；（2）從薄膜物相組成純度和膜層晶粒尺寸、表面粗糙度、膜層致密性等幾方面考慮，適當CH4濃度（5%）下制備的納米金剛石膜質(zhì)量更高。40小結(jié)：4041謝謝大家！41謝謝大家！41用化學氣相沉積（CVD）法制備薄膜材料演講人：肖騏學號：2140120419用化學氣相沉積（CVD）法制備薄膜材料演講人：肖騏4243目錄

1化學氣相沉積方法發(fā)展簡史2CVD的基本概念及原理3CVD合成工藝4CVD制造薄膜技術(shù)的介紹2目錄43441化學氣相沉積方法發(fā)展簡史古人類在取暖或燒烤時利用巖洞壁或巖石上的黑色碳層20世紀50年代主要用于道具涂層80年代低壓CVD成膜技術(shù)成為研究熱潮近年來PECVD、LCVD等高速發(fā)展20世紀60-70年代用于集成電路31化學氣相沉積方法發(fā)展簡史古人類在取暖或燒烤時利用巖洞壁4445化學氣相沉積（CVD）：通過化學反應的方式，利用加熱、等離子激勵或光輻射等各種能源，在反應器內(nèi)使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學物質(zhì)在氣相或氣固界面上經(jīng)化學反應形成固態(tài)沉積物的技術(shù)。簡單來說就是兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導入到一個反應室內(nèi),然后他們相互之間發(fā)生化學反應，形成一種新的材料，沉積到基片表面上。從氣相中析出的固體的形態(tài)主要有：在固體表面上生成薄膜、晶須和晶粒，在氣體中生成粒子。2CVD的基本概念及原理4化學氣相沉積（CVD）：2CVD的基本概念及原理4546CVD技術(shù)要求：反應劑在室溫或不太高的溫度下最好是氣態(tài)或有較高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；通過沉積反應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；反應易于控制。5CVD技術(shù)要求：4647CVD技術(shù)分類：CVD技術(shù)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CVD(PECVD)高密度等離子體CVD(HDPCVD快熱CVD(RTCVD)金屬有機物CVD(MOCVD)按反應類型或壓力分類按沉積中是否含有化學反應分類物理氣相沉積化學氣相沉積6CVD技術(shù)分類：CVD技術(shù)低壓CVD（LPCVD）常壓CV4748常用CVD技術(shù)：7常用CVD技術(shù)：4849CVD技術(shù)的反應原理熱分解反應氧化還原反應化學合成反應化學輸運反應等離子體增強反應其他能源增強反應8CVD技術(shù)的反應原理熱分解反應氧化還原反應化學合成反應化學4950熱分解反應：在真空或惰性氣氛下將襯底加熱到一定溫度后導入反應氣態(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。氫化物分解：金屬有機化合物的熱分解：氫化物和金屬有機化合物體系的熱分解其他氣態(tài)絡合物及復合物的熱分解9熱分解反應：5051氧化還原反應：一些元素的氫化物及有機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，CVD技術(shù)中如果同時通入氧氣，在反應器中發(fā)生氧化反應時就沉積出相應于該元素的氧化物薄膜。氫還原法是制取高純度金屬膜的好方法，工藝溫度較低，操作簡單，因此有很大的實用價值。10氧化還原反應：5152化學合成反應：由兩種或兩種以上的反應原料氣在沉積反應器中相互作用合成得到所需要的無機薄膜或其它材料形式的方法。與熱分解法比，這種方法的應用更為廣泛，因為可用于熱分解沉積的化合物并不很多，而無機材料原則上都可以通過合適的反應合成得到。11化學合成反應：5253化學輸運反應：把所需要沉積的物質(zhì)作為源物質(zhì)，使之與適當?shù)臍怏w介質(zhì)發(fā)生反應并形成一種氣態(tài)化合物。這種氣態(tài)化合物經(jīng)化學遷移或物理載帶而輸運到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，再發(fā)生逆向反應生成源物質(zhì)而沉積出來。這樣的沉積過程稱為化學輸運反應沉積。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)（稱為輸運劑）來促進輸運中間氣態(tài)產(chǎn)物的生成。12化學輸運反應：5354等離子體增強反應：在低真空條件下，利用RF、MW或ECR等方法實現(xiàn)氣體輝光放電在沉積反應器中產(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在通常條件下，約在850℃左右反應并沉積氮化硅，但在等離子體增強反應的條件下，只需在350℃左右就可以生成氮化硅。13等離子體增強反應：5455其它能源增強反應：采用激光、火焰燃燒法、熱絲法等其它能源也可以實現(xiàn)增強反應沉積的目的。14其它能源增強反應：55563.1化學氣相沉積法合成生產(chǎn)工藝種類3CVD合成工藝

CVD裝置通常由氣源控制部件、沉積反應室、沉積溫控部件、真空排氣和壓強控制部件等部分組成。任何CVD系統(tǒng)均包含一個反應器、一組氣體傳輸系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及工藝控制系統(tǒng)等。大體上可以把不同的沉積反應裝置粗分為常壓化學氣相沉積（APCVD）、低壓化學氣相沉積（LPCVD）、等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）、有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）和激光化學氣相沉積（LCVD）等。153.1化學氣相沉積法合成生產(chǎn)工藝種類3CVD合成5657APCVD是在壓力接近常壓下進行CVD反應的一種沉積方式。APCVD的操作壓力接近1atm(101325Pa)，按照氣體分子的平均自由徑來推斷，此時的氣體分子間碰撞頻率很高，是屬于均勻成核的“氣相反應”很容易發(fā)生而產(chǎn)生微粒。1、常壓化學氣相沉積（APCVD）2、低壓化學氣相沉積（LPCVD）LPCVD是在壓力降低到大約100Torr(1Torr=133.332Pa)以下的一種CVD反應。由于低壓下分子平均自由程增加，氣態(tài)反應劑與副產(chǎn)品的質(zhì)量傳輸速度加快，從而使形成沉積薄膜材料的反應速度加快，同時氣體分布的不均勻性在很短時間內(nèi)可以消除，所以能生長出厚度均勻的薄膜。16APCVD是在壓力接近常壓下進行CVD反應的一種沉積方式5758PECVD通過輝光放電形成等離子體，增強化學反應，降低沉積溫度，可以在常溫至350℃條件下沉積氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅及非晶硅膜等。在輝光放電的低溫等離子體內(nèi)，“電子氣”的溫度約比普通氣體分子的平均溫度高10～100倍，即當反應氣體接近環(huán)境溫度時，電子的能量足以使氣體分子鍵斷裂并導致化學活性粒子（活化分子、離子、原子等基團）的產(chǎn)生，使本來需要在高溫下進行的化學反應由于反應氣體的電激活而在相當?shù)偷臏囟认录纯蛇M行，也就是反應氣體的化學鍵在低溫下就可以被打開。所產(chǎn)生的活化分子、原子集團之間的相互反應最終沉積生成薄膜。3、等離子化學氣相沉積（PECVD）17PECVD通過輝光放電形成等離子體，增強化學反應，降低沉5859MOCVD是一種利用低溫下易分解和揮發(fā)的金屬有機化合物作為源物質(zhì)進行化學氣相沉積的方法，主要用于化合物半導體氣相生長方面。在MOCVD過程中，金屬有機源（MO源）可以在熱解或光解作用下，在較低溫度沉積出相應的各種無機材料，如金屬、氧化物、氮化物、氟化物、碳化物和化合物半導體材料等的薄膜。4、有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）LCVD是用激光束的光子能量激發(fā)和促進化學反應的薄膜沉積方法。LCVD過程是激光分子與反應氣分子或襯材表面分子相互作用的過程。其機制分為激光熱解沉積和激光光解沉積兩種。5、激光化學氣相沉積（LCVD）18MOCVD是一種利用低溫下易分解和揮發(fā)的金屬有機化合物作59603.2化學氣相沉積法合成生產(chǎn)裝置氣相反應室的核心問題是使制得的薄膜盡可能均勻。要求能及時對基片表面充分供給氧氣，反應生成物還必須能放便取出。氣相反應器有水平型、垂直型、圓筒型等幾種。1、氣相反應室常用加熱方法是電阻加熱和感應加熱；紅外輻射加熱采用聚焦加熱可以進一步強化熱效應，使基片或托架局部迅速加熱升溫；激光加熱是一種非常有特色的加熱方法，其特點是保持在基片上微小局部使溫度迅速升高，通過移動光束斑來實現(xiàn)連續(xù)掃描加熱的目的。2、加熱方法193.2化學氣相沉積法合成生產(chǎn)裝置氣相反應室的核心問題是6061精確控制各種氣體（如原料氣、氧化劑、還原劑、載氣等）的配比以制備優(yōu)質(zhì)薄膜。目前使用的監(jiān)控元件主要由質(zhì)量流量計和針形閥。3、氣體控制系統(tǒng)CVD反應氣體大多有毒性或強烈的腐蝕性，因此需要經(jīng)過處理后才可以排放。通常采用冷吸收或通過臨水水洗后，經(jīng)過中和和反應后排放處理。隨著全球環(huán)境惡化和環(huán)境保護的要求，排氣處理系統(tǒng)在先進CVD設(shè)備中已成為一個非常重要的組成部分。4、排氣處理系統(tǒng)20精確控制各種氣體（如原料氣、氧化劑、還原劑、載氣等）的配6162常壓單晶外延和多晶薄膜沉積裝置桶式反應器可以用于硅外延生長，裝置24～30片襯底/次臥式反應器可以用于硅外延生長，裝置3～4片襯底立式反應器可以用于硅外延生長，裝置6～8片襯底/次21常壓單晶外延和多晶薄膜沉積裝置桶式反應器臥式反應器立式反6263熱壁LCVD裝置采用直立插片增加了硅片容量

22熱壁LCVD裝置采用直立插片增加了硅片容量6364等離子體增強CVD裝置(a)是一種最簡單的電感耦合產(chǎn)生等離子的PECVD裝置，可以在實驗室中使用。（b）是一種平行板結(jié)構(gòu)裝置。襯底放在具有溫控裝置的下面平板上，壓強通常保持在133Pa左右，射頻電壓加在上下平行板之間，于是在上下平板間就會出現(xiàn)電容耦合式的氣體放電，并產(chǎn)生等離子體

(c)是一種擴散爐內(nèi)放置若干平行板、由電容式放電產(chǎn)生等等離子體的PECVD裝置。它的設(shè)計主要是為了配合工廠生產(chǎn)的需要，增加爐產(chǎn)量23等離子體增強CVD裝置(a)是一種最簡單的電感耦合產(chǎn)生等6465MOCVD裝置MOCVD設(shè)備的進一步改進主要有三個方面：獲得大面積和高均勻性的薄膜材料；盡量減少管道系統(tǒng)的死角和縮短氣體通斷的間隔時間，以生長超薄層和超晶格結(jié)構(gòu)材料；設(shè)計成具有多用性、靈活性和操作可變性的設(shè)備，以適應多方面的要求。24MOCVD裝置MOCVD設(shè)備的進一步改進主要有三個方面：6566履帶式常壓CVD裝置襯底硅片放在保持400℃的履帶上，經(jīng)過氣流下方時就被一層CVD薄膜所覆蓋。25履帶式常壓CVD裝置襯底硅片放在保持400℃的履帶上，經(jīng)6667模塊式多室CVD裝置桶罐式CVD反應裝置對于硬質(zhì)合金刀具的表面涂層常采用這一類裝置，它的優(yōu)點是與合金刀具襯底的形狀關(guān)系不大，各類刀具都可以同時沉積，而且容器很大，一次就可以裝上千的數(shù)量。各個反應器之間相互隔離利用機器手在低壓或真空中傳遞襯底硅片。因此可以一次連續(xù)完成數(shù)種不同的薄膜沉積工作。26模塊式多室CVD裝置桶罐式CVD反應裝置對于硬質(zhì)合金刀具6768影響CVD制備材料質(zhì)量的因素：反應混合物的供應：通過實驗選擇最佳反應物分壓及其相對比例。沉積溫度：直接影響反應系統(tǒng)的自由能，決定反應進行的程度和方向，不同沉積溫度對涂層的顯微結(jié)構(gòu)及化學組成有直接的影響。襯底材料：涂層能與基體之間有過渡層或基體與涂層線性膨脹系數(shù)差異相對較小時，涂層與基體結(jié)合牢固。系統(tǒng)內(nèi)總壓和氣體總流速：直接影響輸運速率，由此波及生長層的質(zhì)量。反應系統(tǒng)裝置的因素：反應系統(tǒng)的密封性、反應管和氣體管道的材料以及反應管的結(jié)構(gòu)形式對產(chǎn)品質(zhì)量也有不可忽視的影響。源材料的純度：材料質(zhì)量又往往與源材料（包括載氣）的純度有關(guān)。

27影響CVD制備材料質(zhì)量的因素：68694CVD制造薄膜技術(shù)的介紹

4.1CVD法制備薄膜過程描述（四個階段）（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(chǎn)生的氣相副產(chǎn)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(chǎn)物——薄膜。284CVD制造薄膜技術(shù)的介紹4.1CVD法制備薄69704.2CVD成膜技術(shù)的優(yōu)缺點

★優(yōu)點

即可制作金屬薄膜，又可制作多組分合金薄膜；

CVD反應可在常壓或低真空進行，繞射性能好；薄膜純度高、致密性好、殘余應力小、結(jié)晶良好；薄膜生長溫度低于材料的熔點；薄膜表面平滑；29即可制作金屬薄膜，又可制作多組分合金薄膜；7071

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

反應溫度還是太高，盡管低于物質(zhì)的熔點；工件溫度高于PVD技術(shù)，應用中受到一定限制；對基片進行局部表面鍍膜時很困難