化学气相沉积（PPT讲稿）Chemical Vapor Deposition（CVD）

§83化学气相沉积(CVD) ◆化学气相沉积 Chemical Vapor Deposition,缩写为:cvD; ◆在一个加热的基片或物体表面上,通过一种 或几种气态元素或化合物产生的化学反应, 而形成不挥发的固态膜层或材料的过程; ◆分为普通CVD等离子体化学气相沉积 ( PECVD)和光CVD(PCVD)等

§8.3 化学气相沉积（CVD） ◆ 化学气相沉积 —— Chemical Vapor Deposition，缩写为：CVD； ◆ 在一个加热的基片或物体表面上，通过一种 或几种气态元素或化合物产生的化学反应， 而形成不挥发的固态膜层或材料的过程； ◆ 分为普通CVD、等离子体化学气相沉积 （PECVD）和光CVD（PCVD）等

普通CVD 1.基本原理 剩用气体物质在固体表面进行化学反应,从而在该固 体表面生成固体沉积物的一种技术,根据化学反应的形 式,化学气相沉积可分为以下两类: (1)热分解反应沉积 利用化合物加热分解,在基体(基片或衬底)表面 得到固态膜层的技术。 常用于制备金属、半导体和绝缘体等各种薄膜,是化学气 相沉积中的最简单形式,例如 SH4(气)-800c-1200S(固)+2H2↑

一 、普通CVD 1. 基本原理 利用气体物质在固体表面进行化学反应，从而在该固 体表面生成固体沉积物的一种技术，根据化学反应的形 式，化学气相沉积可分为以下两类： （1）热分解反应沉积 ——利用化合物加热分解，在基体（基片或衬底）表面 得到固态膜层的技术。 常用于制备金属、半导体和绝缘体等各种薄膜，是化学气 相沉积中的最简单形式，例如： SiH4 (气) 800℃～1200℃→ Si(固)＋2H2 ↑

N(CO)(气)19-240N(固)+4CO↑ CH4(气)-9010→C(固)+2H2↑ T4(气)加热→>T(固)+2l2↑ 用作热分解反应沉积的气态化合物原料主要有: 硼的氯化物,氢化物; ●第Ⅳ族大部分元素的氢化物和氯化物; VB、ⅥB族的氢化物和氯化物; ●铁、镍、钴的羰基化合物和羰基氯化物; 以及铁、镍、铬、铜等的金属有机化合物等

Ni(CO)4 (气) 190～240℃→ Ni(固)＋4 CO↑ CH4 (气) 900~1200℃→ C(固)＋2H2 ↑ TiI4 (气) 加热 → Ti(固)＋2I2 ↑ 用作热分解反应沉积的气态化合物原料主要有： ⚫ 硼的氯化物，氢化物； ⚫ 第IV族大部分元素的氢化物和氯化物； ⚫ VB、VIB族的氢化物和氯化物； ⚫ 铁、镍、钴的羰基化合物和羰基氯化物； ⚫ 以及铁、镍、铬、铜等的金属有机化合物等

(2)化学反应沉积 由两种或两种以上的气体物质在加热的基体表面上发 生化学反应而沉积成固态膜层的技术。 包括了除热分解以外的其它化学反应,例如 SiCl4(气)+2H2气)-10si(固)+4HCl↑ WF6(气)+3H2(气)-500,W(固)+6HF↑ 2AIC3(气)+3CO2气)+3H4气) Al2O3固)+6HC↑+3CO(气)↑ (CH33Ga(气)+AsH3气)哑675℃>GaA(固)+3CH4(气)↑ 3SiH4(气)+4NH3气)>SjN4固)+12H2(气)个

（2）化学反应沉积 ——由两种或两种以上的气体物质在加热的基体表面上发 生化学反应而沉积成固态膜层的技术。 包括了除热分解以外的其它化学反应，例如： SiCl4 (气)＋2H2 (气) 1200℃→ Si(固)＋4HCl↑ WF6 (气) ＋3H2 (气) 500～700℃→ W(固)＋6HF↑ 2AlCl3 (气)＋3CO2 (气)＋3H2 (气) → Al2O3 (固)＋ 6HCl↑＋ 3CO(气)↑ (CH3 )3Ga(气)＋AsH3 (气) 630～675℃→ GaAs(固)＋3CH4 (气) ↑ 3SiH4 (气)＋ 4NH3 (气) →Si3N4 (固)＋12H2 (气)↑

(3)沉积条件 ①在沉积温度下,反应物有足够高的蒸气压; ②生成物中,除了一种所需要的沉积物为固态外,其余 都必须是气态; ③沉积物本身的蒸气压应足够低,以保证整个沉积反应 过程始终能保持在加热的基体上; ④基体本身的蒸气压在沉积温度下也应足够低,不易

（3）沉积条件 ① 在沉积温度下，反应物有足够高的蒸气压； ② 生成物中，除了一种所需要的沉积物为固态外，其余 都必须是气态； ③ 沉积物本身的蒸气压应足够低，以保证整个沉积反应 过程始终能保持在加热的基体上； ④ 基体本身的蒸气压在沉积温度下也应足够低，不易 挥发

2沉积装置 主要由反应器(室)、供气系统和加热系统等组成 RF线围 基片 ooooo 一排气 OooO 石英管 基座 纯H SiH.I PH, S,HCle 容器 BH, HCL S——阀门M——限流阀A、B、C、D、E、F—流量计 图831Si片PN结构微细加工的cvD装置意示图

2. 沉积装置 主要由反应器（室）、供气系统和加热系统等组成 图8.3.1 Si片PN结构微细加工的CVD装置意示图

反应器的类型: oooo oo. 图8.3,2CVD反应器的类型

反应器的类型： 图8.3.2 CVD反应器的类型

沉积过程: ①在主气流区域,反应物从反应器入口到分解区域的质量输 运 ②气相反应产生膜形成的前驱体和副产物 ③成膜前驱体质量输运至生长表面; ④成膜前驱体吸附在生长表面; ⑤成膜前驱体表面扩散至生长点; ⑥表面反应和构成膜的生长; ⑦表面反应产物的副产物分解; ⑧副产物从分解区向反应器出口进行质量输运,直至排出

沉积过程： ① 在主气流区域，反应物从反应器入口到分解区域的质量输 运； ② 气相反应产生膜形成的前驱体和副产物； ③ 成膜前驱体质量输运至生长表面； ④ 成膜前驱体吸附在生长表面； ⑤ 成膜前驱体表面扩散至生长点； ⑥ 表面反应和构成膜的生长； ⑦ 表面反应产物的副产物分解； ⑧ 副产物从分解区向反应器出口进行质量输运，直至排出

3.分类 (1)按照沉积温度的高低分类: 高温cvD>500℃,广泛用来沉积Ⅲ一V族和Ⅱ一Ⅵ族 化合物半导体; 低温CVD<500℃,主要用于基片或衬底温度不宜在高温 下进行沉积的某些场合,如沉积平面 硅和MOS集成电路的纯化膜。 (2)按照沉积时系统压强的大小分类: 常压cVD( NPCVD),~1atm 低压CvD( LPCVD),10~1002a LPCVD具有沉积膜均匀性好、台阶覆盖及一致性较好 孔小,结整完警性优良、应气体的利用率高优点 不仅用于制备硅外延层,还广泛用于制备各种无定形钝化膜, 如sO2和S3及多晶硅薄膜。 LPCVD是一种很有前途的薄膜沉积技术!

3. 分类 （1）按照沉积温度的高低分类： 高温CVD ＞ 5 00℃, 广泛用来沉积 Ⅲ一Ⅴ族和Ⅱ－Ⅵ族 化合物半导体； 低温CVD ＜ 500℃, 主要用于基片或衬底温度不宜在高温 下进行沉积的某些场合，如沉积平面 硅和MOS集成电路的纯化膜。 （2）按照沉积时系统压强的大小分类： 常压CVD（NPCVD），～1atm； 低压CVD（LPCVD），10～100Pa； LPCVD具有沉积膜均匀性好、台阶覆盖及一致性较好、 针孔较小、膜结构完整性优良、反应气体的利用率高等优点， 不仅用于制备硅外延层，还广泛用于制备各种无定形钝化膜， 如 SiO2和Si3N4以及多晶硅薄膜。 LPCVD是一种很有前途的薄膜沉积技术！

4影响沉积膜质量的因素 (D)沉积温度T沉积: T沉积是影响沉积质量的主要因素: T,沉积速度尸,沉积物愈致密,结构完善; T沉根据沉积物的结晶温度,并兼顾基体的耐热性决定。 例如: AC3+CO2+H2100g,反应不完全→yA2O2>13℃→ a-AO3(多晶)150150-AM2O单晶膜)

4.影响沉积膜质量的因素 （l）沉积温度T沉积： T沉积是影响沉积质量的主要因素： T↗，沉积速度↗，沉积物愈致密，结构完善； T沉积根据沉积物的结晶温度，并兼顾基体的耐热性决定。 例如： AlCl3+CO2+H2 1150℃→ −Al2O3 (多晶) 1500～1550℃→−Al2O3 (单晶膜)