1、1Review第三章第三章：物理氣相沉積：物理氣相沉積技術(shù)技術(shù) 熱熱蒸發(fā)鍍蒸發(fā)鍍膜膜 濺射濺射鍍鍍膜膜 離子鍍膜離子鍍膜工作原理工作原理+工藝方法！工藝方法！2第四章第四章 化學(xué)氣相沉積技術(shù)化學(xué)氣相沉積技術(shù)n熱氧化生長熱氧化生長n化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積3薄膜制備方法：薄膜制備方法：n物理氣相沉積法物理氣相沉積法 沉積過程無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。沉積過程無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。n化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法 沉積過程中發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)；沉積過程中發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)； 化學(xué)反應(yīng)可以由熱效應(yīng)或離子的電致分離引起?；瘜W(xué)反應(yīng)可以由熱效應(yīng)或離子的電致分離引起。 特點：沉積過程控制復(fù)雜，但設(shè)備較為簡單。特點：沉積過程控

2、制復(fù)雜，但設(shè)備較為簡單。前言前言4第一節(jié)第一節(jié) 熱氧化生長熱氧化生長 (Thermal Oxidation)在氣氛條件下，通過加熱基片的方式制備氧化物、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。氮化物和碳化物薄膜。加熱設(shè)備加熱設(shè)備基片基片在氧氣或者其它在氧氣或者其它氣氛中加熱氣氛中加熱Examples: 4Al+3O22Al2O3Fe+N2FeNx5第一節(jié)第一節(jié) 熱氧化生長熱氧化生長n實際中，主要用于制備實際中，主要用于制備氧化物薄膜氧化物薄膜，較少用于制，較少用于制備其它化合物。備其它化合物。n氧化物可以鈍化表面。氧化物可以鈍化表面。 鈍化：使金屬表面轉(zhuǎn)化為不易被氧化的

3、狀態(tài)，而延緩金屬鈍化：使金屬表面轉(zhuǎn)化為不易被氧化的狀態(tài)，而延緩金屬的腐蝕速度的方法，如的腐蝕速度的方法，如Al2O3 。n氧化物可以起到絕緣作用。氧化物可以起到絕緣作用。 主要用于金屬和半導(dǎo)體氧化物的制備、電子器件制備主要用于金屬和半導(dǎo)體氧化物的制備、電子器件制備。6第一節(jié)第一節(jié) 熱氧化生長熱氧化生長n適用性廣，所有金屬（除適用性廣，所有金屬（除Au）都與氧反應(yīng)形成氧化物。）都與氧反應(yīng)形成氧化物。n控制工藝條件來控制薄膜控制工藝條件來控制薄膜生長形貌、缺陷、界面特征生長形貌、缺陷、界面特征，因，因而控制半導(dǎo)體和電性能。而控制半導(dǎo)體和電性能。n例：快速熱氧化法制備例：快速熱氧化法制備SiO2薄膜

4、薄膜 10001200 C， 30 nm/min， 精確控制膜厚精確控制膜厚n溫度：溫度：8001200 C，形成所謂高溫氧化層（，形成所謂高溫氧化層（High Temperature Oxide layer，HTO）。）。n可用水蒸氣或氧氣作為氧化劑，稱為濕氧化或干氧化（可用水蒸氣或氧氣作為氧化劑，稱為濕氧化或干氧化（wet or dry oxidation）。）。n氧化環(huán)境中通常含有百分之幾的鹽酸（氧化環(huán)境中通常含有百分之幾的鹽酸（HCl），用于去除），用于去除氧化物中的金屬離子。氧化物中的金屬離子。7SiO2薄膜的熱氧化法制備薄膜的熱氧化法制備8SiO2薄膜的熱氧化法制備薄膜的熱氧化法制

5、備n熱氧化消耗基片中的熱氧化消耗基片中的Si和環(huán)境中的氧。因此，生長時同時和環(huán)境中的氧。因此，生長時同時向基片內(nèi)生長和在基片表面上生長。向基片內(nèi)生長和在基片表面上生長。n對于每消耗單位厚度的對于每消耗單位厚度的Si，將產(chǎn)生，將產(chǎn)生 2.27單位厚度的氧化物。單位厚度的氧化物。同樣，如果純同樣，如果純Si表面氧化，表面氧化，46%的氧化層厚度位于最初基的氧化層厚度位于最初基片表面以下，片表面以下，54%的氧化層位于最初表面以上。的氧化層位于最初表面以上。9SiO2薄膜的熱氧化法制備薄膜的熱氧化法制備Oxidation technologyn大多數(shù)熱氧化在加熱爐中進大多數(shù)熱氧化在加熱爐中進行，溫度

6、行，溫度800到到1200。將。將基片放在石英支架（石英舟）基片放在石英支架（石英舟）里，一個加熱爐同時可以處里，一個加熱爐同時可以處理一批基片。理一批基片。n水平爐和垂直爐水平爐和垂直爐Furnaces used for diffusion and thermal oxidation at LAAS technological facility in Toulouse, France10第一節(jié)第一節(jié) 熱氧化生長熱氧化生長nBi2O3薄膜的制備薄膜的制備4Bi+3O2=2Bi2O3n空氣空氣+水蒸氣環(huán)境水蒸氣環(huán)境 T=367 Cn獲得單相獲得單相 -Bi2O3; - Bi2O3和和 - Bi2

7、O311熱氧化熱氧化Zn3N2 films制備制備 N和和(Al,N)摻雜摻雜的的p型型 ZnO薄膜薄膜Z. W. Liu, C.K. Ong, et al. J. Mater. Sci. 2007Zinc nitride film with or without Al dopingN- or (Al,N)-doped ZnO filmsSputtered with N2-ArOxidizingsubstrateSampleResistivitycmMobilitycm2/vsCarrier ConcentrationZnO:N5-6000.8-2000 1015-1016 /cm3ZnO:A

8、lN1-300000.1-10 1017-1018 /cm312SubstrateWith Zn granular filmWith ZnO nanowiresSputteringOxidizing400-600C熱氧化法制備熱氧化法制備ZnO單晶納米線薄膜單晶納米線薄膜13熱氧化法制備氧化鐵納米線熱氧化法制備氧化鐵納米線14熱氧化法制備單晶熱氧化法制備單晶CuO納米線納米線Schematic diagram of a sensor fabricated from CuO nanowires and a layer of CuOCu wirenanowiresAg electrode 15熱氧

9、化法特點熱氧化法特點n設(shè)備簡單；設(shè)備簡單；n成本較低；成本較低；n結(jié)晶性好；結(jié)晶性好；n但薄膜厚度受到限制但薄膜厚度受到限制16第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積（Chemical vapor deposition，CVD） nChemical vapor deposition (CVD) is a chemical process used to produce high-purity, high-performance solid materials. The process is often used in the semiconductor industry to produce

10、thin films. In a typical CVD process, the wafer (substrate) is exposed to one or more volatile precursors, which react and/or decompose on the substrate surface to produce the desired deposit. Frequently, volatile by-products are also produced, which are removed by gas flow through the reaction cham

11、ber.n化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積典型的制備過程是將晶圓（襯底）暴露在一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(qū)體中，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或種或多種易揮發(fā)的前驅(qū)體中，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或/及化學(xué)分解來產(chǎn)生欲沉積的薄膜。隨后，也將產(chǎn)生一些氣及化學(xué)分解來產(chǎn)生欲沉積的薄膜。隨后，也將產(chǎn)生一些氣態(tài)的副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物可以被反應(yīng)腔室的氣流帶走。態(tài)的副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物可以被反應(yīng)腔室的氣流帶走。17第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積（Chemical vapor deposition，CVD）18化學(xué)氣相沉積的種類化學(xué)氣相沉積的種類n以反應(yīng)時的壓力分類：以反應(yīng)時的壓力分類： q常

12、壓常壓CVD (Atmospheric Pressure CVD, APCVD)： 在常壓環(huán)境下的在常壓環(huán)境下的CVD。 q低壓低壓CVD (Low-pressure CVD, LPCVD)： 在低壓環(huán)境下的在低壓環(huán)境下的CVD。降低壓力可以減少不必要的氣。降低壓力可以減少不必要的氣相反應(yīng)，以增加晶圓上薄膜的一致性。大部分現(xiàn)今的相反應(yīng)，以增加晶圓上薄膜的一致性。大部分現(xiàn)今的CVD制程都是使用制程都是使用LPCVD或或UHVCVD。 q超高真空超高真空CVD (Ultrahigh vacuum CVD, UHVCVD)： 在非常低壓環(huán)境下的在非常低壓環(huán)境下的CVD。大多低于。大多低于10-6 P

13、a (約為約為10-8 torr)。 19化學(xué)氣相沉積的種類化學(xué)氣相沉積的種類n以氣相的特性分類：以氣相的特性分類： q氣溶膠輔助氣溶膠輔助CVD (Aerosol assisted CVD, AACVD)： 使用液體使用液體/氣體的氣溶膠的前驅(qū)物成長在基底上，成長氣體的氣溶膠的前驅(qū)物成長在基底上，成長速非常快。此種技術(shù)適合使用非揮發(fā)的前驅(qū)物。速非?？?。此種技術(shù)適合使用非揮發(fā)的前驅(qū)物。 q直接液體注入直接液體注入CVD (Direct liquid injection CVD, DLICVD)： 使用液體使用液體 (液體或固體溶解在合適的溶液中液體或固體溶解在合適的溶液中) 形式的前形式的前驅(qū)

14、物。液相溶液被注入到蒸發(fā)腔里變成注入物。接著驅(qū)物。液相溶液被注入到蒸發(fā)腔里變成注入物。接著前驅(qū)物經(jīng)由傳統(tǒng)的前驅(qū)物經(jīng)由傳統(tǒng)的CVD技術(shù)沉積在基底上。此技術(shù)適技術(shù)沉積在基底上。此技術(shù)適合使用液體或固體的前驅(qū)物。此技術(shù)可達到很多的成合使用液體或固體的前驅(qū)物。此技術(shù)可達到很多的成長速率。長速率。 20化學(xué)氣相沉積的種類化學(xué)氣相沉積的種類n等離子技術(shù)等離子技術(shù) q微波等離子輔助微波等離子輔助CVD (Microwave plasma-assisted CVD, MPCVD) q等離子輔助等離子輔助CVD (Plasma-Enhanced CVD, PECVD)：利：利用等離子增加前驅(qū)物的反應(yīng)速率。用等離

15、子增加前驅(qū)物的反應(yīng)速率。PECVD技術(shù)允許在技術(shù)允許在低溫的環(huán)境下成長，這是半導(dǎo)體制造中廣泛使用低溫的環(huán)境下成長，這是半導(dǎo)體制造中廣泛使用PECVD的最重要原因。的最重要原因。 q遠距等離子輔助遠距等離子輔助CVD (Remote plasma-enhanced CVD, RPECVD)：和：和PECVD技術(shù)很相近的技術(shù)。但晶圓不直技術(shù)很相近的技術(shù)。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。的地方。晶圓遠離等離子區(qū)域可以讓制程溫度降到室溫。 n原子層化學(xué)氣相沉積原子層化學(xué)氣相沉積

16、(Atomic layer CVD, ALCVD)：連續(xù)：連續(xù)沉積不同材料的晶體薄膜層。沉積不同材料的晶體薄膜層。21化學(xué)氣相沉積的種類化學(xué)氣相沉積的種類n熱線熱線CVD (Hot wire CVD, HWCVD)：也稱做觸媒化學(xué)氣相：也稱做觸媒化學(xué)氣相沉積沉積 (Catalytic CVD, Cat-CVD) 或熱燈絲化學(xué)氣相沉積或熱燈絲化學(xué)氣相沉積 (Hot filament CVD, HFCVD)。使用熱絲化學(xué)分解來源氣體。使用熱絲化學(xué)分解來源氣體。n有機金屬有機金屬CVD (Metalorganic chemical vapor deposition, MOCVD)：前驅(qū)物使用有機金屬

17、的：前驅(qū)物使用有機金屬的CVD技術(shù)。技術(shù)。 n混合物理化學(xué)氣相沉積混合物理化學(xué)氣相沉積 (Hybrid Physical-Chemical Vapor Deposition, HPCVD)：一種氣相沉積技術(shù)，包含化學(xué)分解前：一種氣相沉積技術(shù)，包含化學(xué)分解前驅(qū)氣體及蒸發(fā)固體源兩種技術(shù)。驅(qū)氣體及蒸發(fā)固體源兩種技術(shù)。 n快速熱快速熱CVD (Rapid thermal CVD, RTCVD)：使用加熱燈或：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。其他方法快速加熱晶圓。只對基底加熱，而不是氣體或腔壁?？梢詼p少不必要的氣相反應(yīng)，以免產(chǎn)生不必要的粒子?？梢詼p少不必要的氣相反應(yīng)，以

18、免產(chǎn)生不必要的粒子。 n氣相外延氣相外延 (Vapor phase epitaxy, VPE) 22化學(xué)氣相沉積特點和應(yīng)用化學(xué)氣相沉積特點和應(yīng)用n優(yōu)點：優(yōu)點： 1）準(zhǔn)確控制成分；）準(zhǔn)確控制成分； 2）可在復(fù)雜形狀基片上沉積薄膜；）可在復(fù)雜形狀基片上沉積薄膜； 3）一些反應(yīng)可在大氣壓下進行，不需要昂貴的真空設(shè)備；）一些反應(yīng)可在大氣壓下進行，不需要昂貴的真空設(shè)備； 4）薄膜結(jié)晶完整；）薄膜結(jié)晶完整； 5）大尺寸或多基片）大尺寸或多基片n缺點：缺點： 1）高溫；）高溫； 2）反應(yīng)氣體活性；）反應(yīng)氣體活性； 3）設(shè)備復(fù)雜，工藝參數(shù)多）設(shè)備復(fù)雜，工藝參數(shù)多n常見應(yīng)用常見應(yīng)用 1）切削工具涂層；）切削工具

19、涂層；2）非晶硅太陽能電池；）非晶硅太陽能電池；3）裝飾；）裝飾；4）半導(dǎo)體集成技術(shù)半導(dǎo)體集成技術(shù)23化學(xué)氣相沉積基本過程化學(xué)氣相沉積基本過程n化學(xué)氣相沉積基本過程：化學(xué)氣相沉積基本過程： 在真空室內(nèi)，氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將反應(yīng)物沉積在基片表在真空室內(nèi)，氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將反應(yīng)物沉積在基片表面，形成固態(tài)膜。面，形成固態(tài)膜。n可控變量：可控變量： 氣體流量、氣體組分、沉積溫度、氣壓、真空室形狀、沉氣體流量、氣體組分、沉積溫度、氣壓、真空室形狀、沉積時間、基片材料和位置積時間、基片材料和位置n三個基本過程：三個基本過程： 反應(yīng)物的輸運過程；反應(yīng)物的輸運過程； 化學(xué)反應(yīng)過程；化學(xué)反應(yīng)過程； 去除反應(yīng)副

20、產(chǎn)品過程去除反應(yīng)副產(chǎn)品過程24化學(xué)氣相沉積基本過程化學(xué)氣相沉積基本過程25化學(xué)氣相沉積過程中典型的化學(xué)反應(yīng)化學(xué)氣相沉積過程中典型的化學(xué)反應(yīng)n1. 分解反應(yīng)分解反應(yīng) 利用硅烷制備利用硅烷制備Si薄膜或利用其它化合物氣體制備金屬薄膜或利用其它化合物氣體制備金屬薄膜薄膜)(2)()()(4)()()()(2)()(2424gIsTigTiIgCOsNigCONigHsSigSiH26CVD的化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng) 熱解反應(yīng)熱解反應(yīng)金屬金屬氫化物氫化物 氫化物氫化物M-H鍵的離解能、鍵能都比較小，熱解鍵的離解能、鍵能都比較小，熱解溫度低，唯一副產(chǎn)物是沒有腐蝕性的氫氣溫度低，唯一副產(chǎn)物是沒有腐蝕性的氫氣。例

21、如：。例如：2C10008004H2SiSiH2362H62BPPH2HB金屬有機化合物金屬有機化合物 金屬的烷基化合物，金屬的烷基化合物，其其MC鍵能一般小鍵能一般小于于CC鍵能鍵能E(MC)E(C-C)，可用于淀積金屬膜。，可用于淀積金屬膜。元素的氧烷元素的氧烷，由于，由于E(MO)E(OC)，所以可用來淀積氧，所以可用來淀積氧化物。例如：化物。例如：HCOH2SiO)HSi(OC22C740452 OH3HC6OAlHOC(Al226332C420373） )(32346HCCrCHCHHCCr27CVD的化學(xué)反應(yīng)體系的化學(xué)反應(yīng)體系-熱解反應(yīng)熱解反應(yīng)n氫化物和金屬有機化合物體系氫化物和金

22、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族和族和II-IV族化合物。族化合物。4C675630333CH3GaAsAsHCH(Ga）4xx- 1C72567533333CH3AsInGaAsHCH(InCH(Ga)1）（xxHCZnSeSeH)HZn(CC75072522524C475223CH2CdSSHCH(Cd） 28CVD的化學(xué)反應(yīng)體系熱解反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)體系熱解反應(yīng)其它氣態(tài)絡(luò)合物、復(fù)合物其它氣態(tài)絡(luò)合物、復(fù)合物 這一類化合物中的碳基化物和碳基這一類化合物中的碳基化物和碳基氯化物多用于貴金后氯化物多用于貴金后(

23、鉑族鉑族)和其它過渡金屬的淀積。如：和其它過渡金屬的淀積。如：2C60022ClCO2PtClCO(Pt） CO4NiCO(NiC2401404）單氨絡(luò)合物單氨絡(luò)合物已用于熱解制備氮化物已用于熱解制備氮化物。如：。如：HCl3GaNNHGaClC90080033HCl3AlNNHAlClC900800332110090063333HBNHNB29化學(xué)氣相沉積過程中典型的化學(xué)反應(yīng)化學(xué)氣相沉積過程中典型的化學(xué)反應(yīng)n2. 還原反應(yīng)還原反應(yīng) 例：氫還原鹵化物制備例：氫還原鹵化物制備Si或其它單質(zhì)、金屬膜或其它單質(zhì)、金屬膜)(6)(2)(3)(2)(6)()(3)()(6)()(3)()(4)()(2)

24、(23262624gHClsBgHgBClgHFsWgHgWFgHClsWgHgWClgHClsSigHgSiCl30化學(xué)氣相沉積過程中典型的化學(xué)反應(yīng)化學(xué)氣相沉積過程中典型的化學(xué)反應(yīng)n3. 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 制備氧化物薄膜制備氧化物薄膜)(3)(6)(3)(2)()(2)()()()(2)()()()(2)(2)()(2)()(2)(2)()(2)()(2)()()(3222622224222422222222242224gCOgHClsOAlHgCOgClAlgClsGeOgOgGeClgClsSiOgOgSiClgNgHClsSiOgONgClSiHgNgHsSiOgONgSiHgHsSi

25、OgOgSiH31化學(xué)氣相沉積過程中典型的化學(xué)反應(yīng)化學(xué)氣相沉積過程中典型的化學(xué)反應(yīng)n4. 氮化和碳化反應(yīng)氮化和碳化反應(yīng) 制備氮化物和碳化物薄膜制備氮化物和碳化物薄膜)(3)()()(4)()()()(3)()()()(6)(6)()(4)(3)(12)()(4)(333443324332224334gHClsSiCgSiClCHgHClsTiCgCHgTiClgHClsBNgNHgBClgHgHClsNSigNHgClSiHgHsNSigNHgSiH32化學(xué)氣相沉積過程中典型的化學(xué)反應(yīng)化學(xué)氣相沉積過程中典型的化學(xué)反應(yīng)n5. 化合反應(yīng)化合反應(yīng) 由有機金屬化合物沉積由有機金屬化合物沉積IIIV族化

26、合物族化合物 材料純化材料純化)(3)(6)()()(6)(6)(3)()()()(2244333gHgGaClgAsgAsgHClgGaAsgCHsGaAsgAsHgCHGa33CVD反應(yīng)體系化學(xué)輸運反應(yīng)反應(yīng)體系化學(xué)輸運反應(yīng)n化學(xué)輸運反應(yīng)：化學(xué)輸運反應(yīng)：把所需要的物質(zhì)當(dāng)做源物質(zhì)，借助于適當(dāng)把所需要的物質(zhì)當(dāng)做源物質(zhì)，借助于適當(dāng)氣體介質(zhì)與之反應(yīng)而形成一種氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合氣體介質(zhì)與之反應(yīng)而形成一種氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物經(jīng)化學(xué)遷移或物理載帶物經(jīng)化學(xué)遷移或物理載帶(用載氣用載氣)輸運到與源區(qū)溫度不同輸運到與源區(qū)溫度不同的淀積區(qū)，再發(fā)生逆向反應(yīng)，使得源物質(zhì)重新淀積出來。的淀積區(qū)，再發(fā)生逆向反

27、應(yīng)，使得源物質(zhì)重新淀積出來。n例：例： 在源區(qū)在源區(qū)(溫度為溫度為T2)發(fā)生輸運反應(yīng)發(fā)生輸運反應(yīng)(向右進行向右進行)，源物質(zhì)，源物質(zhì)ZnS與與I2作用生成氣態(tài)的作用生成氣態(tài)的ZnI2； 在淀積區(qū)在淀積區(qū)(溫度為溫度為T1)則發(fā)生淀積反應(yīng)則發(fā)生淀積反應(yīng)(向左進行向左進行)，ZnS或或ZnSe重新淀積出來。重新淀積出來。（氣）（氣）（氣）固）22221(1SZnIIZnST2T34化學(xué)合成反應(yīng)：同一材料有多種合成路線化學(xué)合成反應(yīng)：同一材料有多種合成路線2)(1050100030HHClGaNNHGaClArC4)(6503333)(20CHGaNNHCHGaHC24262522HGaNHNHGaH

28、Ga2O(Ga+Ga2O3)Ga(CH3)3Ga(C2H5)3Ga2H6Ga GaCl(Ga+HCl)GaCl3GaBr3NH3N2H435CVD先驅(qū)物（源物質(zhì)）先驅(qū)物（源物質(zhì)）和反應(yīng)器技術(shù)和反應(yīng)器技術(shù) 源物質(zhì)或先驅(qū)物源物質(zhì)或先驅(qū)物是是CVD工藝的前提和基礎(chǔ)，根本上決定了工藝的前提和基礎(chǔ)，根本上決定了CVD技術(shù)的成功與否和前途！技術(shù)的成功與否和前途！1）氣態(tài)源）氣態(tài)源 2）液態(tài)源）液態(tài)源 3）固態(tài)源）固態(tài)源CVD裝置設(shè)計包括：裝置設(shè)計包括：1）源物質(zhì)（先軀物）的供應(yīng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)（載氣、閥門、氣）源物質(zhì)（先軀物）的供應(yīng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)（載氣、閥門、氣路、源區(qū)、流量調(diào)節(jié)等）路、源區(qū)、流量調(diào)節(jié)等）2）反應(yīng)器

29、（構(gòu)型、尺寸、襯底支撐體、加熱和附加能量）反應(yīng)器（構(gòu)型、尺寸、襯底支撐體、加熱和附加能量 方式等）設(shè)計方式等）設(shè)計3）尾氣排除或真空產(chǎn)生系統(tǒng)）尾氣排除或真空產(chǎn)生系統(tǒng)4）自動控制系統(tǒng)）自動控制系統(tǒng)36前驅(qū)物氣體前驅(qū)物氣體襯底襯底托架托架臥式反應(yīng)器臥式反應(yīng)器襯底襯底立式反應(yīng)器立式反應(yīng)器載氣載氣載氣載氣氣態(tài)源氣態(tài)源液態(tài)源液態(tài)源固態(tài)源固態(tài)源前驅(qū)物氣體前驅(qū)物氣體37傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法n例：非晶例：非晶BN薄膜的制備薄膜的制備-雙氣體反應(yīng)法雙氣體反應(yīng)法 NH3+B10H14BN+H2n控制控制NH3和和B10H14比率、比率、基片溫度基片溫度38傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法傳統(tǒng)的化學(xué)氣

30、相沉積方法n例：金屬鹽熱分解法制備金屬氧化物例：金屬鹽熱分解法制備金屬氧化物C10H14CuO4CuO+CO+H2O 39傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法n例：金屬氯化和氫還原法制備金屬薄膜例：金屬氯化和氫還原法制備金屬薄膜HClNbHNbClCNbClClNbC10352:900252:500255240傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法n例：催化化學(xué)氣相沉積法例：催化化學(xué)氣相沉積法制備半導(dǎo)體和氮化硅薄膜制備半導(dǎo)體和氮化硅薄膜)()()()(2424sNSigNgHNgSiH41傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法 n常壓化學(xué)氣相沉積（常壓化學(xué)氣相沉積（Atmo

31、spheric pressure CVD, APCVD）42傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法 n常壓化學(xué)氣相沉積（常壓化學(xué)氣相沉積（Atmospheric pressure CVD, APCVD）43激光化學(xué)氣相沉積方法激光化學(xué)氣相沉積方法（Laser induced chemical vapor deposition） n激光觸發(fā)化學(xué)反應(yīng)：激光觸發(fā)化學(xué)反應(yīng)： 光致化學(xué)反應(yīng)：利用光子使分子分解光致化學(xué)反應(yīng)：利用光子使分子分解 熱致化學(xué)反應(yīng)：激光用作加熱源熱致化學(xué)反應(yīng)：激光用作加熱源n特點：特點： 激光的方向性：局域沉積激光的方向性：局域沉積 激光的單色性：可選擇激光波長激光的單色性

32、：可選擇激光波長 反應(yīng)溫度高反應(yīng)溫度高 沉積速率快沉積速率快n主要參數(shù)：主要參數(shù)：反應(yīng)物起始濃度、惰性氣體濃度、表面溫度、反應(yīng)物起始濃度、惰性氣體濃度、表面溫度、氣體溫度、反應(yīng)區(qū)尺寸氣體溫度、反應(yīng)區(qū)尺寸n主要應(yīng)用：主要應(yīng)用：Al、Ni、Au、Si、SiC、Al/Au薄膜薄膜44激光化學(xué)氣相沉積方法激光化學(xué)氣相沉積方法（Laser induced chemical vapor deposition） n熱解激光化學(xué)氣相沉積熱解激光化學(xué)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(yīng)在聚焦的激光束照射下，基體局部表面溫度升高，而反應(yīng)氣體對所用激光是透明的。處在基體加熱區(qū)的反應(yīng)氣體分氣體

33、對所用激光是透明的。處在基體加熱區(qū)的反應(yīng)氣體分子受熱發(fā)生分解子受熱發(fā)生分解,形成自由原子，聚集在基體表面成為薄膜。形成自由原子，聚集在基體表面成為薄膜。45激光化學(xué)氣相沉積方法激光化學(xué)氣相沉積方法（Laser induced chemical vapor deposition） n光解激光化學(xué)氣相沉積光解激光化學(xué)氣相沉積 LCVD所選激光波長應(yīng)能被反應(yīng)氣體分子高效吸收其能量，所選激光波長應(yīng)能被反應(yīng)氣體分子高效吸收其能量，從而使反應(yīng)氣在激光輻照下發(fā)生高效率分解，實現(xiàn)高速率從而使反應(yīng)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（沉積。一般選用近紫外（UV）激光器作為）激光器作為LC

34、VD的光源的光源,同樣反應(yīng)氣體原料的選擇必須與所用激光束波長相匹配。同樣反應(yīng)氣體原料的選擇必須與所用激光束波長相匹配。46光化學(xué)氣相沉積光化學(xué)氣相沉積（photochemical vapour deposition, photo-CVD）n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(dǎo)致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(dǎo)致鍵斷裂，產(chǎn)生自由化學(xué)粒子形成膜或在相鄰的基片上形成鍵斷裂，產(chǎn)生自由化學(xué)粒子形成膜或在相鄰的基片上形成化合物?；衔?。n光化學(xué)氣相沉積過程強烈依賴于入射波波長。光化學(xué)氣相沉積過程強烈依賴于入射波波長。n可用激光或紫外光實現(xiàn)。可用激光或紫外光實現(xiàn)。n特點：特點：

35、沉積溫度低；沉積速率快；偏離平衡條件，可生成亞穩(wěn)相；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(zhì)量好，薄膜與基片的結(jié)合力高制備的薄膜質(zhì)量好，薄膜與基片的結(jié)合力高n可制備各種金屬、介電和絕緣體、半導(dǎo)體化合物、非晶和可制備各種金屬、介電和絕緣體、半導(dǎo)體化合物、非晶和其他合金薄膜其他合金薄膜47光化學(xué)氣相沉積光化學(xué)氣相沉積n汞敏化光化學(xué)汞敏化光化學(xué)CVD 通過紫外照射使通過紫外照射使Hg處于處于激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)Hg*n主要步驟：主要步驟：n也可制備也可制備a-Si:H膜膜SiHHgSiHHg242*48光化學(xué)氣相沉積光化學(xué)氣相沉積由由Si2H6直接光致分解（紫外）直接光致分解（紫外）

36、制備制備a-Si:H膜膜激光分解激光分解Si2H6和和N2O制備制備a-SiO2膜膜49光化學(xué)氣相沉積光化學(xué)氣相沉積n非晶非晶Si-N薄膜制備薄膜制備 調(diào)整調(diào)整NH3/SiH4比，可調(diào)整比，可調(diào)整Si-N成分。成分。)()()()(243gHsNSigSiHgNH50等離子增強化學(xué)氣相沉積等離子增強化學(xué)氣相沉積（plasma-enhanced chemical deposition, PECVD）n原理：原理：等離子體中電子的能量可以使大多數(shù)氣體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(xué)反應(yīng)。電離或分解，用電子動能代替熱能促進化學(xué)反應(yīng)。n特點：特點：沉積溫度低沉積溫度低可沉積在溫度敏感的基片上可沉積在溫度敏感的基片上是一種通用薄膜沉積是一種通用薄膜沉積CVD技術(shù)技術(shù)51等離子增強化學(xué)氣相沉積等離子增強化學(xué)氣相沉積（plasma-enhanced chemical deposition, PECVD）例：例：a-Si:H薄膜薄膜n四個等離子區(qū)；四個基片位四個等離子區(qū)；四個基片位n條件：條件： 氣體混合比氣體混合比SiH4/(SiH4+H2)： 10%100% 射頻功率密度：射頻功率密度： 1020 mW/cm2 總氣壓：總氣壓：0.12.0 Torr SiH4流量：流量：60 ml/min 基片溫度：基片溫度：200300 C52