上海交通大學(xué)

化學(xué)氣相沉積（CVD）

化學(xué)氣相沉積（CVD）

★化學(xué)氣相沉積的基本原理

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化學(xué)氣相沉積的特點(diǎn)

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CVD方法簡(jiǎn)介

★低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）

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等離子體化學(xué)氣相沉積

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其他CVD方法★化學(xué)氣相沉積的基本原理概念化學(xué)氣相沉積（CVD）是一種化學(xué)氣相生長(zhǎng)法。

把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物的單質(zhì)氣體供給基片，利用加熱、等離子體、紫外光以及激光等能源，借助氣相作用或在基板表面的化學(xué)反應(yīng)（熱分解或化學(xué)合成）生長(zhǎng)形成固態(tài)的薄膜。

CVD法可制備薄膜、粉末、纖維等材料，用于很多領(lǐng)域，如半導(dǎo)體工業(yè)、電子器件、光子及光電子工業(yè)等。概念化學(xué)氣相沉積（CVD）是一種化學(xué)氣相生長(zhǎng)法

CVD法實(shí)際上很早就有應(yīng)用，用于材料精制、裝飾涂層、耐氧化涂層、耐腐蝕涂層等。CVD法一開(kāi)始用于硅、鍺精制上，隨后用于適合外延生長(zhǎng)法制作的材料上。表面保護(hù)膜一開(kāi)始只限于氧化膜、氮化膜等，之后添加了由Ⅲ、Ⅴ族元素構(gòu)成的新的氧化膜，最近還開(kāi)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(yīng)用，這是CVD法最有效的應(yīng)用場(chǎng)所。CVD法實(shí)際上很早就有應(yīng)用，用于材料精制、裝CVD法發(fā)展歷程

1880s，第一次應(yīng)用于白熾燈，提高燈絲強(qiáng)度；同時(shí)誕生許多專利接下來(lái)50年，發(fā)展較慢，主要用于高純難熔金屬的制備，如Ta、Ti、Zr等二戰(zhàn)末期，發(fā)展迅速

1960年，用于半導(dǎo)體工業(yè)

1963年，等離子體CVD用于電子工業(yè)

1968年，CVD碳化物涂層用于工業(yè)應(yīng)用

1980s,

CVD法制備DLC膜

1990s，金屬-有機(jī)CVD快速發(fā)展CVD法發(fā)展歷程

CVD可以制備單晶、多相或非晶態(tài)無(wú)機(jī)薄膜，以及金剛石薄膜、高Tc超導(dǎo)薄膜、透明導(dǎo)電薄膜以及某些敏感功能薄膜。

CVD技術(shù)分類:

按淀積溫度：低溫（200～500℃）、中溫（500～1000℃）和高溫（1000～1300℃）按反應(yīng)器內(nèi)的壓力：常壓和低壓按反應(yīng)器壁的溫度：熱壁和冷壁按反應(yīng)激活方式：熱激活和冷激活CVD可以制備單晶、多相或非晶態(tài)無(wú)機(jī)薄膜，以CVD裝置的主要部分：反應(yīng)氣體輸入部分、反應(yīng)激活能源供應(yīng)部分和氣體排出部分。CVD裝置的主要部分：反應(yīng)氣體輸入部分、反應(yīng)激活能源供應(yīng)部分化學(xué)氣相沉積——基本原理★化學(xué)氣相沉積的基本原理化學(xué)氣相沉積的基本原理是以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)化學(xué)氣相沉積是利用氣態(tài)物質(zhì)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在基片表面形成固態(tài)薄膜的一種成膜技術(shù)?；瘜W(xué)氣相沉積（CVD）——ChemicalVaporDepositionCVD反應(yīng)是指反應(yīng)物為氣體而生成物之一為固體的化學(xué)反應(yīng)。CVD完全不同于物理氣相沉積（PVD）化學(xué)氣相沉積——基本原理★化學(xué)氣相沉積的基本原理化學(xué)氣

CVD和PVD化學(xué)氣相沉積——基本原理CVD和PVD化學(xué)氣相沉積——基本原理化學(xué)氣相沉積——基本原理最常見(jiàn)的幾種CVD反應(yīng)類型有：熱分解反應(yīng)、化學(xué)合成、化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)等。熱分解反應(yīng)（吸熱反應(yīng)，單一氣源）通式：主要問(wèn)題是源物質(zhì)的選擇（固相產(chǎn)物與薄膜材料相同）和確定分解溫度。該方法在簡(jiǎn)單的單溫區(qū)爐中，在真空或惰性氣體保護(hù)下加熱基體至所需溫度后，導(dǎo)入反應(yīng)物氣體使之發(fā)生熱分解，最后在基體上沉積出固體涂層?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理最常見(jiàn)的幾種CVD反化學(xué)氣相沉積——基本原理（1）氫化物

H-H鍵能小，熱分解溫度低，產(chǎn)物無(wú)腐蝕性。（2）金屬有機(jī)化合物

M-C鍵能小于C-C鍵，廣泛用于沉積金屬和氧化物薄膜。金屬有機(jī)化合物的分解溫度非常低，擴(kuò)大了基片選擇范圍以及避免了基片變形問(wèn)題。三異丙氧基鋁

化學(xué)氣相沉積——基本原理（1）氫化物H-H鍵化學(xué)氣相沉積——基本原理（3）氫化物和金屬有機(jī)化合物系統(tǒng)廣泛用于制備化合物半導(dǎo)體薄膜。（4）其它氣態(tài)絡(luò)合物、復(fù)合物（貴金屬、過(guò)渡金屬沉積）羰基化合物：?jiǎn)伟苯j(luò)合物：化學(xué)氣相沉積——基本原理（3）氫化物和金屬有機(jī)化合物系統(tǒng)化學(xué)氣相沉積——基本原理化學(xué)合成反應(yīng)（兩種或兩種以上氣源）化學(xué)合成反應(yīng)是指兩種或兩種以上的氣態(tài)反應(yīng)物在熱基片上發(fā)生的相互反應(yīng)。(1)最常用的是氫氣還原鹵化物來(lái)制備各種金屬或半導(dǎo)體薄膜；(2)選用合適的氫化物、鹵化物或金屬有機(jī)化合物來(lái)制備各種介質(zhì)薄膜。

化學(xué)合成反應(yīng)法比熱分解法的應(yīng)用范圍更加廣泛?？梢灾苽鋯尉?、多晶和非晶薄膜。容易進(jìn)行摻雜。化學(xué)氣相沉積——基本原理化學(xué)合成反應(yīng)（兩種或兩種以上氣源）化學(xué)氣相沉積——基本原理①還原或置換反應(yīng)

②氧化或氮化反應(yīng)

③水解反應(yīng)

原則上可制備任一種無(wú)機(jī)薄膜。

化學(xué)氣相沉積——基本原理①還原或置換反應(yīng)②氧化或氮化反應(yīng)化學(xué)氣相沉積——基本原理化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)將薄膜物質(zhì)作為源物質(zhì)（無(wú)揮發(fā)性物質(zhì)），借助適當(dāng)?shù)臍怏w介質(zhì)（輸運(yùn)劑）與之反應(yīng)而形成氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物經(jīng)過(guò)化學(xué)遷移或物理輸運(yùn)到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，在基片上再通過(guò)逆反應(yīng)使源物質(zhì)重新分解出來(lái)，這種反應(yīng)過(guò)程稱為化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)。源區(qū)沉積區(qū)源區(qū)沉積區(qū)源區(qū)沉積區(qū)化學(xué)氣相沉積——基本原理化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)將薄膜化學(xué)氣相沉積——基本原理化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)條件：不能太大；平衡常數(shù)KP接近于1?；瘜W(xué)輸運(yùn)反應(yīng)判據(jù)：設(shè)源為A（固態(tài)），輸運(yùn)劑為XB(氣體化合物，輸運(yùn)反應(yīng)通式為：源區(qū)沉積區(qū)化學(xué)氣相沉積——基本原理化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)條件：化學(xué)氣相沉積——基本原理根據(jù)熱力學(xué)分析可以指導(dǎo)選擇化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，估計(jì)輸運(yùn)溫度。首先根據(jù)選擇的反應(yīng)體系，確定與溫度的關(guān)系，選擇的反應(yīng)體系。如果條件滿足，說(shuō)明所選反應(yīng)體系是合適的。大于0的溫度T1（源區(qū)溫度）；小于0的溫度T2（沉積區(qū)溫度）。

根據(jù)以上分析，確定合適的溫度梯度，可得有效輸運(yùn)?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理根據(jù)熱力學(xué)分析可以指化學(xué)氣相沉積——基本原理CVD法的共同特點(diǎn)：1、反應(yīng)式總可寫(xiě)成2、這些反應(yīng)是可逆的，對(duì)過(guò)程作必要的熱力學(xué)分析有助于了解CVD反應(yīng)的過(guò)程?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理CVD法的共同特點(diǎn)：

CVD的化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)CVD熱力學(xué)分析的主要目的是預(yù)測(cè)某些特定條件下某些CVD反應(yīng)的可行性（化學(xué)反應(yīng)的方向和限度）。在溫度、壓強(qiáng)和反應(yīng)物濃度給定的條件下，熱力學(xué)計(jì)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(xué)分析可作為確定CVD工藝參數(shù)的參考?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理CVD的化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)CVD熱力學(xué)分析的主化學(xué)氣相沉積——基本原理（1）化學(xué)反應(yīng)的自由能變化

按熱力學(xué)原理，化學(xué)反應(yīng)的自由能變化ΔGr可以用反應(yīng)物和生成物的標(biāo)準(zhǔn)自由能ΔGf來(lái)計(jì)算，即對(duì)于化學(xué)反應(yīng)aA+bB=cC其自由能變化ΔGr=cGc-bGb-aGa化學(xué)氣相沉積——基本原理（1）化學(xué)反應(yīng)的自由能變化化學(xué)氣相沉積——基本原理

與反應(yīng)系統(tǒng)的化學(xué)平衡常數(shù)K有關(guān)

例：熱分解反應(yīng)反應(yīng)物過(guò)飽和而產(chǎn)物欠飽和時(shí)，ΔGr<0,反應(yīng)可正向進(jìn)行，反之，沿反向進(jìn)行?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理與反應(yīng)系化學(xué)氣相沉積——基本原理（2）化學(xué)反應(yīng)路線的選擇穩(wěn)定的單晶生長(zhǎng)條件要求只引入一個(gè)生長(zhǎng)核心，同時(shí)抑制其他生長(zhǎng)核心的形成。需滿足條件：

ΔGr<0，且在數(shù)值上盡量接近于零。此時(shí)，反應(yīng)物和產(chǎn)物近似處于一種平衡共存的狀態(tài)。

化學(xué)氣相沉積——基本原理（2）化學(xué)反應(yīng)路線的選擇化學(xué)氣相沉積——基本原理（3）化學(xué)反應(yīng)平衡的計(jì)算熱力學(xué)計(jì)算不僅可以預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的可能性，還可以提供化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)位置以及各種工藝條件對(duì)平衡點(diǎn)位置影響的重要信息。為實(shí)現(xiàn)這一目的，需要在給定溫度、壓力、初始化學(xué)組成的前提下求解反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各組分的分壓或濃度。舉例：利用H2還原SiCl4外延制備單晶硅薄膜的反應(yīng)。H、Cl、Si三元體系化學(xué)氣相沉積——基本原理（3）化學(xué)反應(yīng)平衡的計(jì)算H、Cl、S化學(xué)氣相沉積——基本原理

CVD的（化學(xué)反應(yīng)）動(dòng)力學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是一個(gè)把反應(yīng)熱力學(xué)預(yù)言變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，使反應(yīng)實(shí)際進(jìn)行的問(wèn)題；它是研究化學(xué)反應(yīng)的速度和各種因素對(duì)其影響的科學(xué)。動(dòng)力學(xué)的因素決定了上述過(guò)程發(fā)生的速度以及他在有限時(shí)間內(nèi)可進(jìn)行的程度

CVD反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析的基本任務(wù)是：通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究薄膜的生長(zhǎng)速率，確定過(guò)程速率的控制機(jī)制，以便進(jìn)一步調(diào)整工藝參數(shù)，獲得高質(zhì)量、厚度均勻的薄膜?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理CVD的（化學(xué)反應(yīng)）動(dòng)力學(xué)化學(xué)氣相沉積——基本原理一般CVD反應(yīng)過(guò)程涉及的各個(gè)動(dòng)力學(xué)環(huán)節(jié)氣體輸入強(qiáng)制對(duì)流自然對(duì)流氣相擴(kuò)散表面吸附表面反應(yīng)表面脫附薄膜結(jié)構(gòu)與成分的形成氣相傳輸與氣相反應(yīng)氣相沉積氣體的宏觀流動(dòng)、氣體分子的擴(kuò)散、氣相內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)氣體分子的表面吸附與脫附、表面擴(kuò)散及表面化學(xué)反應(yīng)化學(xué)氣相沉積——基本原理一般CVD反應(yīng)過(guò)程涉及的各個(gè)動(dòng)力學(xué)環(huán)化學(xué)氣相沉積——基本原理（1）氣體的輸運(yùn)氣體的輸運(yùn)過(guò)程對(duì)薄膜的沉積速度、薄膜厚度的均勻性、反應(yīng)物的利用效率等有重要影響。氣體在CVD系統(tǒng)中有兩種宏觀流動(dòng)：強(qiáng)制對(duì)流外部壓力造成的壓力梯度使氣體從壓力高向壓力低的地方流動(dòng)氣體的自然對(duì)流氣體溫度的不均勻性引起的高溫氣體上升、低溫氣體下降的流動(dòng)化學(xué)氣相沉積——基本原理（1）氣體的輸運(yùn)化學(xué)氣相沉積——基本原理氣體的強(qiáng)制對(duì)流容器內(nèi)氣體的流速分布和邊界層的形成流動(dòng)邊界層化學(xué)氣相沉積——基本原理氣體的強(qiáng)制對(duì)流容器內(nèi)氣體的流速分布化學(xué)氣相沉積——基本原理流動(dòng)邊界層厚度為x，沿長(zhǎng)度方向的坐標(biāo)

Re，雷諾數(shù)整個(gè)管道長(zhǎng)度上邊界層厚度的平均值為邊界層內(nèi)，氣體處于一種流動(dòng)性很低的狀態(tài)，而反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物都需經(jīng)過(guò)擴(kuò)散過(guò)程通過(guò)邊界層，因此邊界層的存在限制了沉積的速度?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理流動(dòng)邊界層厚度為x，沿長(zhǎng)度方向的坐標(biāo)化學(xué)氣相沉積——基本原理提高Re可降低邊界層厚度，從而促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和提高沉積速率。相應(yīng)地要求提高氣體流速和壓力，降低氣體粘滯系數(shù)。氣體的粘滯系數(shù)與氣體的種類、溫度有關(guān)，與氣體壓力無(wú)關(guān)；且在1000K以下的溫度范圍內(nèi)與Tn成正比，其中n=0.6~1。雷諾數(shù)的增加有一定的限制，過(guò)高時(shí)，氣體的流動(dòng)狀態(tài)由層流變?yōu)橥牧鳡顟B(tài)，將破壞CVD沉積過(guò)程中氣流的穩(wěn)定性，影響沉積的均勻性和造成沉積缺陷。一般的CVD過(guò)程，多數(shù)情況希望將氣體的流動(dòng)狀態(tài)維持在層流狀態(tài)?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理提高Re可降低邊界層厚度，從而促進(jìn)化化學(xué)氣相沉積——基本原理（2）氣相化學(xué)反應(yīng)

CVD系統(tǒng)中，氣體在到達(dá)沉底表面之前，溫度已經(jīng)升高，并開(kāi)始了分解、化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。它與氣體流動(dòng)與擴(kuò)散等現(xiàn)象一起，影響著薄膜的沉積過(guò)程。一級(jí)反應(yīng)反應(yīng)速率二級(jí)反應(yīng)反應(yīng)的級(jí)數(shù)表明了參與反應(yīng)碰撞過(guò)程的分子數(shù)。取決于反映的具體進(jìn)程和其中的限制性環(huán)節(jié)，而與化學(xué)反應(yīng)式的系數(shù)無(wú)直接關(guān)系。化學(xué)反應(yīng)式只代表總的反應(yīng)效果，不代表反應(yīng)的具體過(guò)程?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理（2）氣相化學(xué)反應(yīng)CVD化學(xué)氣相沉積——基本原理（3）氣體組分的擴(kuò)散在CVD過(guò)程中，襯底表面附近存在一個(gè)氣相邊界層。氣相中各組分只有經(jīng)擴(kuò)散過(guò)程通過(guò)邊界層，才能參與薄膜表面的沉積過(guò)程；同樣，反應(yīng)的產(chǎn)物也必須經(jīng)擴(kuò)散過(guò)程通過(guò)邊界層，才能離開(kāi)薄膜表面。當(dāng)系統(tǒng)中化學(xué)組分的濃度存在不均勻性時(shí)，將引起相應(yīng)組分的擴(kuò)散。擴(kuò)散通量為擴(kuò)散過(guò)程的推動(dòng)力是濃度梯度引起的組分自由能梯度?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理（3）氣體組分的擴(kuò)散當(dāng)系（４）表面吸附及表面化學(xué)反應(yīng)氣體組分在擴(kuò)散至薄膜表面之后，還要經(jīng)過(guò)表面吸附、表面擴(kuò)散、表面反應(yīng)、反應(yīng)產(chǎn)物脫附等過(guò)程，才能完成薄膜的沉積過(guò)程。

吸附、反應(yīng)、脫附過(guò)程的快慢可能成為薄膜沉積過(guò)程的控制性環(huán)節(jié)。如：Si的沉積過(guò)程中，表面吸附的H會(huì)阻礙進(jìn)一步的吸附過(guò)程，從而降低Si薄膜的沉積速率。（４）表面吸附及表面化學(xué)反應(yīng)氣體組分在擴(kuò)散至薄膜表面之后襯底表面發(fā)生吸附、反應(yīng)、脫附等微觀過(guò)程分析凝聚系數(shù)Sc：最終溶入薄膜的氣體分子比例。決定了薄膜的生長(zhǎng)速率。襯底表面發(fā)生吸附、反應(yīng)、脫附等微觀過(guò)程分析凝聚系數(shù)Sc：最終各種物理氣相沉積過(guò)程中，薄膜的沉積速率只取決于蒸發(fā)濺射來(lái)的物質(zhì)通量，即Sc=1。很多CVD過(guò)程，尤其當(dāng)襯底溫度很低或襯底表面已經(jīng)被吸附分子覆蓋的情況下，Sc值很小。當(dāng)氣相與固相達(dá)平衡時(shí)，Sc=0。各種物理氣相沉積過(guò)程中，薄膜的沉積速率只取決于蒸發(fā)濺射來(lái)濺射鍍膜中，入射的原子具有較高能量，原子可直接與薄膜表面的原子發(fā)生反應(yīng)，完成沉積過(guò)程。各種等離子體輔助沉積方法中，等離子體可有效提高入射粒子的能量，直接完成粒子的沉積過(guò)程。熱蒸發(fā)或普通CVD法中，入射分子或原子能量較低，粒子的沉積一般要先經(jīng)過(guò)物理吸附，再轉(zhuǎn)為化學(xué)吸附或脫附返回氣相中。兩個(gè)過(guò)程都需吸收能量，以克服相應(yīng)的能壘。濺射鍍膜中，入射的原子具有較高能量，原子可直接與薄膜表面（5）表面擴(kuò)散在薄膜表面,能量曲線表現(xiàn)為與物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)相關(guān)的周期性,而被吸附的分子或原子一般處于能量較低的勢(shì)阱中,因此,吸附分子或原子要擴(kuò)散就必須克服相應(yīng)的能壘Es。單位表面上吸附分子、原子的擴(kuò)散可視為一個(gè)一級(jí)反應(yīng)。一定時(shí)間內(nèi)，表面吸附分子、原子的平均擴(kuò)散距離為擴(kuò)散能力隨溫度上升呈指數(shù)形式增加。（5）表面擴(kuò)散在薄膜表面,能量曲線表現(xiàn)為與物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)相關(guān)的表面分子或原子的平均擴(kuò)散距離隨溫度的變化曲線表面分子或原子的平均擴(kuò)散距離隨溫度的變化曲線（6）溫度對(duì)CVD過(guò)程薄膜沉積速率的影響溫度是CVD過(guò)程中的重要參數(shù)之一。Si的沉積模型及Si的沉積速率隨溫度T的變化規(guī)律（6）溫度對(duì)CVD過(guò)程薄膜沉積速率的影響溫度是CVD過(guò)程中的擴(kuò)散至襯底表面的反應(yīng)物通量為與襯底表面消耗的反應(yīng)物對(duì)應(yīng)的反應(yīng)物通量為達(dá)平衡時(shí)，當(dāng)ks>>D/δ時(shí)，擴(kuò)散控制的沉積過(guò)程；當(dāng)ks<<D/δ時(shí)，表面反應(yīng)控制的沉積過(guò)程。擴(kuò)散至襯底表面的反應(yīng)物通量為與襯底表面消耗的反應(yīng)物對(duì)應(yīng)的反應(yīng)反應(yīng)導(dǎo)致的沉積速率沉積速率隨溫度的變化取決于ks,D,δ?？傮w來(lái)講，低溫時(shí)，R由襯底表面的反應(yīng)速率（ks）所控制，其變化趨勢(shì)受e-E/RT項(xiàng)的影響；高溫時(shí)，沉積速率受氣相擴(kuò)散系數(shù)D控制，隨溫度變化趨于緩慢。

一般情況，表面化學(xué)反應(yīng)控制型CVD過(guò)程的沉積速率隨溫度升高而加快；有些特別情況，沉積速率會(huì)隨溫度升高而先升高后下降，原因在于化學(xué)反應(yīng)的可逆性。（N0

表面原子密度）反應(yīng)導(dǎo)致的沉積速率沉積速率隨溫度的變化取決于ks,D,δ（a）反應(yīng)在正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，凈反應(yīng)速率隨溫度上升出現(xiàn)最大值。溫度持續(xù)升高會(huì)導(dǎo)致逆向反應(yīng)速度超過(guò)正向反應(yīng)速度，薄膜沉積變?yōu)榭涛g的過(guò)程。溫度過(guò)高不利于反應(yīng)產(chǎn)物的沉積。（b）反應(yīng)在正向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，正反應(yīng)激活能較高，凈反應(yīng)速率隨溫度升高單調(diào)上升。溫度過(guò)低不利于反應(yīng)產(chǎn)物的沉積。相應(yīng)地，在薄膜沉積室設(shè)計(jì)方面形成了熱壁式和冷壁式的兩種CVD裝置，以減少反應(yīng)產(chǎn)物在器壁上的不必要的沉積。（a）反應(yīng)在正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，凈反應(yīng)速率隨溫度上升出現(xiàn)最大值。（7）CVD薄膜沉積速率的均勻性模型:Si在襯底上沉積生長(zhǎng)時(shí)的CVD過(guò)程（7）CVD薄膜沉積速率的均勻性模型:Si在襯底上沉積生長(zhǎng)時(shí)提高薄膜沉積均勻性的措施：（1）提高氣體流速與裝置的尺寸；（2）調(diào)整裝置內(nèi)的溫度分布，從而影響擴(kuò)散系數(shù)D的分布；（3）改變襯底的放置角度，客觀上強(qiáng)制提高氣體的流動(dòng)速度。在有孔、槽等凹陷的復(fù)雜形狀襯底表面，薄膜沉積會(huì)發(fā)生一定程度的養(yǎng)分貧化現(xiàn)象，導(dǎo)致凹陷內(nèi)薄膜沉積速率低于凹陷外薄膜沉積速率。CVD過(guò)程中化學(xué)基團(tuán)的凝聚系數(shù)越低，薄膜對(duì)襯底的覆蓋能力越好。提高薄膜沉積均勻性的措施：在有孔、槽等凹陷的復(fù)雜形狀襯底表面化學(xué)氣相沉積——基本原理

CVD法制備薄膜過(guò)程（四個(gè)階段）（1）反應(yīng)氣體向基片表面擴(kuò)散；（2）反應(yīng)氣體吸附于基片表面；（3）在基片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；（4）在基片表面產(chǎn)生的氣相副產(chǎn)物脫離表面，向空間擴(kuò)散或被抽氣系統(tǒng)抽走；基片表面留下不揮發(fā)的固相反應(yīng)產(chǎn)物——薄膜。CVD基本原理包括：反應(yīng)化學(xué)、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、輸運(yùn)過(guò)程、薄膜成核與生長(zhǎng)、反應(yīng)器工程等學(xué)科領(lǐng)域。化學(xué)氣相沉積——基本原理CVD法制備薄膜過(guò)程（四個(gè)階段）（化學(xué)氣相沉積——特點(diǎn)★化學(xué)氣相沉積的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)即可制作金屬、非金屬薄膜，又可制作多組分合金薄膜；成膜速率高，可批量制備；（幾微米至幾百微米/min）

CVD反應(yīng)可在常壓或低真空進(jìn)行，繞射性能好；薄膜純度高、致密性好、殘余應(yīng)力小、結(jié)晶良好；薄膜生長(zhǎng)溫度低于材料的熔點(diǎn)；薄膜表面平滑；輻射損傷小，用于MOS半導(dǎo)體器件化學(xué)氣相沉積——特點(diǎn)★化學(xué)氣相沉積的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)即可制作缺點(diǎn)參與沉積的反應(yīng)源和反應(yīng)后的氣體易燃、易爆或有毒，需環(huán)保措施，有時(shí)還有防腐蝕要求；

反應(yīng)溫度還是太高，盡管低于物質(zhì)的熔點(diǎn)；溫度高于PVD技術(shù)，應(yīng)用中受到一定限制；對(duì)基片進(jìn)行局部表面鍍膜時(shí)很困難，不如PVD方便?；瘜W(xué)氣相沉積——特點(diǎn)缺點(diǎn)參與沉積的反應(yīng)源和反應(yīng)后的氣體易燃、易爆或有毒，需環(huán)化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介★CVD方法簡(jiǎn)介

CVD反應(yīng)體系必須具備三個(gè)條件在沉積溫度下，反應(yīng)物具有足夠高的蒸氣壓，并能以適當(dāng)?shù)乃俣缺灰敕磻?yīng)室；反應(yīng)產(chǎn)物除了形成固態(tài)薄膜物質(zhì)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，以保證在反應(yīng)中能保持在受熱的基體上，不會(huì)揮發(fā)。化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介★CVD方法簡(jiǎn)介CVD反開(kāi)口體系CVD包括：氣體凈化系統(tǒng)、氣體測(cè)量和控制系統(tǒng)、反應(yīng)器、尾氣處理系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)等。臥式：化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介開(kāi)口體系CVD包括：氣體凈化系統(tǒng)、氣體測(cè)量感應(yīng)加熱化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介感應(yīng)加熱化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介

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(yīng)加熱或光輻射加熱。缺點(diǎn)是有較大溫差，溫度均勻性問(wèn)題需特別設(shè)計(jì)來(lái)克服。適合反應(yīng)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(yīng)器壁加熱是為了防止反應(yīng)物冷凝。管壁有反應(yīng)物沉積，易剝落造成污染?；瘜W(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介冷壁CVD：器壁和原料區(qū)都不加熱，僅基片被加開(kāi)口體系CVD工藝的特點(diǎn)能連續(xù)地供氣和排氣，物料的運(yùn)輸一般是靠惰性氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)的。反應(yīng)總處于非平衡狀態(tài)，而有利于形成薄膜沉積層（至少有一種反應(yīng)產(chǎn)物可連續(xù)地從反應(yīng)區(qū)排出）。在大多數(shù)情況下，開(kāi)口體系是在一個(gè)大氣壓或稍高于一個(gè)大氣壓下進(jìn)行的。但也可在真空下連續(xù)地或脈沖地供氣及不斷地抽出副產(chǎn)物。有利于沉積厚度均勻的薄膜。開(kāi)口體系的沉積工藝容易控制，工藝重現(xiàn)性好，工件容易取放，同一裝置可反復(fù)多次使用。有立式和臥式兩種形式。臥式反應(yīng)器特點(diǎn)：常壓操作；裝、卸料方便。但是薄膜的均勻性差?；瘜W(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介開(kāi)口體系CVD工藝的特點(diǎn)能連續(xù)地供氣和排氣，物料的運(yùn)輸一般是立式反應(yīng)器：氣流垂直于基體，可使氣流以基板為中心均勻分布?；Ъ転樾D(zhuǎn)圓盤(pán)，可保證反應(yīng)氣體混合均勻，沉積薄膜的厚度、成分及雜質(zhì)分布均勻?；瘜W(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介立式反應(yīng)器：基片支架為旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，可保證反應(yīng)氣體混合均勻，沉積化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介能對(duì)大量基片進(jìn)行外延生長(zhǎng)，批量沉積薄膜化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介能對(duì)大量基片進(jìn)行外延生長(zhǎng)，批量沉積區(qū)域?yàn)榍蛐危軣峋鶆?，反?yīng)氣體均勻供給；產(chǎn)品的均勻性好，膜層厚度一致，質(zhì)地均勻?；瘜W(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介沉積區(qū)域?yàn)榍蛐?，基片受熱均勻，反?yīng)氣體均勻供給；產(chǎn)品的均勻性封閉式（閉管沉積系統(tǒng)）CVD（熱壁法）把一定量的反應(yīng)物和適當(dāng)?shù)幕w分別放在反應(yīng)器的兩端，抽空后充入一定的輸運(yùn)氣體，然后密封，再將反應(yīng)器置于雙溫區(qū)爐內(nèi)，使反應(yīng)管內(nèi)形成溫度梯度。溫度梯度造成的負(fù)自由能變化是傳輸反應(yīng)的推動(dòng)力，所以物料從閉管的一端傳輸?shù)搅硪欢瞬⒊练e下來(lái)。在理想情況下，閉管反應(yīng)器中所進(jìn)行的反應(yīng)其平衡常數(shù)值應(yīng)接近于1?；瘜W(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介封閉式（閉管沉積系統(tǒng)）CVD（熱壁法）把一定量的反應(yīng)物和適溫度梯度2.5℃/cm低溫區(qū)T1=T2-13.5℃高溫區(qū)T2=850~860℃例化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介溫度梯度2.5℃/cm低溫區(qū)T1=T2-13.5℃高溫區(qū)T2

閉管法的優(yōu)點(diǎn)：污染的機(jī)會(huì)少，不必連續(xù)抽氣保持反應(yīng)器內(nèi)的真空，可以沉積蒸氣壓高的物質(zhì)。

閉管法的缺點(diǎn)：材料生長(zhǎng)速率慢，不適合大批量生長(zhǎng)，一次性反應(yīng)器，生長(zhǎng)成本高；管內(nèi)壓力檢測(cè)困難等。

閉管法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：反應(yīng)器材料選擇、裝料壓力計(jì)算、溫度選擇和控制等?；瘜W(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介閉管法的優(yōu)點(diǎn)：污染的機(jī)會(huì)少，不必連續(xù)抽氣保持化學(xué)氣相沉積——LPCVD★低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）

LPCVD原理早期CVD技術(shù)以開(kāi)管系統(tǒng)為主，即AtmospherePressureCVD(APCVD)。近年來(lái)，CVD技術(shù)令人注目的新發(fā)展是低壓CVD技術(shù)，即LowPressureCVD（LPCVD）。

LPCVD原理于APCVD基本相同，主要差別是：低壓下氣體擴(kuò)散系數(shù)增大，使氣態(tài)反應(yīng)物和副產(chǎn)物的質(zhì)量傳輸速率加快，形成薄膜的反應(yīng)速率增加。化學(xué)氣相沉積——LPCVD★低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD化學(xué)氣相沉積——LPCVD化學(xué)氣相沉積——LPCVD化學(xué)氣相沉積——LPCVD化學(xué)氣相沉積——LPCVD

LPCVD優(yōu)點(diǎn)（1）低氣壓下氣態(tài)分子的平均自由程增大，反應(yīng)裝置內(nèi)可以快速達(dá)到濃度均一，消除了由氣相濃度梯度帶來(lái)的薄膜不均勻性。（2）薄膜質(zhì)量高：薄膜臺(tái)階覆蓋良好；結(jié)構(gòu)完整性好；針孔較少。（3）沉積速率高。沉積過(guò)程主要由表面反應(yīng)速率控制，對(duì)溫度變化極為敏感，所以，LPCVD技術(shù)主要控制溫度變量。LPCVD工藝重復(fù)性優(yōu)于APCVD。（4）臥式LPCVD裝片密度高，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低?；瘜W(xué)氣相沉積——LPCVDLPCVD優(yōu)點(diǎn)（1）低氣壓下氣態(tài)分子的平均

LPCVD在微電子技術(shù)中的應(yīng)用廣泛用于沉積摻雜或不摻雜的氧化硅、氮化硅、多晶硅、硅化物薄膜，Ⅲ-Ⅴ族化合物薄膜以及鎢、鉬、鉭、鈦等難熔金屬薄膜。化學(xué)氣相沉積——LPCVDLPCVD在微電子技術(shù)中的應(yīng)用廣泛用于沉積化學(xué)氣相沉積——等離子CVD★等離子化學(xué)氣相沉積在普通CVD技術(shù)中，產(chǎn)生沉積反應(yīng)所需要的能量是各種方式加熱襯底和反應(yīng)氣體，因此，薄膜沉積溫度一般較高（多數(shù)在900~1000℃）。容易引起基板變形和組織上的變化，容易降低基板材料的機(jī)械性能；基板材料與膜層材料在高溫下會(huì)相互擴(kuò)散，形成某些脆性相，降低了兩者的結(jié)合力?；瘜W(xué)氣相沉積——等離子CVD★等離子化學(xué)氣相沉積

如果能在反應(yīng)室內(nèi)形成低溫等離子體（如輝光放電），則可以利用在等離子狀態(tài)下粒子具有的較高能量，為化學(xué)氣相反應(yīng)提供所需的激活能，使沉積溫度降低。這種等離子體參與的化學(xué)氣相沉積稱為等離子化學(xué)氣相沉積。用來(lái)制備化合物薄膜、非晶薄膜、外延薄膜、超導(dǎo)薄膜等，特別是IC技術(shù)中的表面鈍化和多層布線。等離子化學(xué)氣相沉積：PlasmaCVDPlasmaAssociatedCVDPlasmaEnhancedCVD這里稱PECVD化學(xué)氣相沉積——等離子CVD如果能在反應(yīng)室內(nèi)形成低溫等離子體（如輝光放電）PECVD是指利用輝光放電的物理作用來(lái)激活化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的CVD技術(shù)。它既包括了化學(xué)氣相沉積技術(shù)，又有輝光放電的增強(qiáng)作用。既有熱化學(xué)反應(yīng)，又有等離子體化學(xué)反應(yīng)。廣泛應(yīng)用于微電子學(xué)、光電子學(xué)、太陽(yáng)能利用等領(lǐng)域，按照產(chǎn)生輝光放電等離子方式，可以分為許多類型。直流輝光放電等離子體化學(xué)氣相沉積（DC-PCVD）射頻輝光放電等離子體化學(xué)氣相沉積（RF-PCVD）微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MW-PCVD）電子回旋共振等離子體化學(xué)氣相沉積（ECR-PCVD）化學(xué)氣相沉積——等離子CVDPECVD是指利用輝光放電的物理作用來(lái)激活化化學(xué)氣相沉積——等離子CVD化學(xué)氣相沉積——等離子CVD化學(xué)氣相沉積——等離子CVD化學(xué)氣相沉積——等離子CVD等離子體在CVD中的作用：

將反應(yīng)物氣體分子激活成活性離子，降低反應(yīng)溫度；加速反應(yīng)物在表面的擴(kuò)散作用，提高成膜速率；對(duì)基片和薄膜具有濺射清洗作用，濺射掉結(jié)合不牢的粒子，提高了薄膜和基片的附著力；由于原子、分子、離子和電子相互碰撞，使形成薄膜的厚度均勻?；瘜W(xué)氣相沉積——等離子CVD等離子體在CVD中的作用：將反應(yīng)物氣體分子激活成活性離子，PECVD的優(yōu)點(diǎn)：

低溫成膜（300-350℃），對(duì)基片影響小，避免了高溫帶來(lái)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(nèi)應(yīng)力小，不易產(chǎn)生裂紋；

擴(kuò)大了CVD應(yīng)用范圍，特別是在不同基片上制備金屬薄膜、非晶態(tài)無(wú)機(jī)薄膜、有機(jī)聚合物薄膜等；薄膜的附著力大于普通CVD?；瘜W(xué)氣相沉積——等離子CVDPECVD的優(yōu)點(diǎn)：低溫成膜（300-350℃），對(duì)基片影響PECVD的缺點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)過(guò)程十分復(fù)雜，影響薄膜質(zhì)量的因素較多；工作頻率、功率、壓力、基板溫度、反應(yīng)氣體分壓、反應(yīng)器的幾何形狀、電極空間、電極材料和抽速等相互影響。參數(shù)難以控制；反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)過(guò)程等還不十分清楚?；瘜W(xué)氣相沉積——等離子CVDPECVD的缺點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)過(guò)程十分復(fù)雜，影響薄膜質(zhì)量的因素化學(xué)氣相沉積——其它CVD方法★其它化學(xué)氣相沉積方法（1）MOCVD是一種利用有機(jī)金屬化合物的熱分解反應(yīng)進(jìn)行氣相外延生長(zhǎng)薄膜的CVD技術(shù)。作為含有化合物半導(dǎo)體元素的原料化合物必須滿足：常溫下穩(wěn)定且容易處理反應(yīng)的副產(chǎn)物不應(yīng)妨礙晶體生長(zhǎng)，不應(yīng)污染生長(zhǎng)層；室溫附近應(yīng)具有適當(dāng)?shù)恼魵鈮夯瘜W(xué)氣相沉積——其它CVD方法★其它化學(xué)氣相沉積方法（滿足此條件的原材料有：金屬的烷基或芳基衍生物、烴基衍生物、乙酰丙酮基化合物、羰基化合物MOCVD（金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積）的優(yōu)點(diǎn)：①沉積溫度低。減少了自污染，提高了薄膜純度，有利于降低空位密度和解決自補(bǔ)償問(wèn)題；對(duì)襯底取向要求低；②沉積過(guò)程不存在刻蝕反應(yīng)，沉積速率易于控制；③幾乎可以生長(zhǎng)所有化合物和合金半導(dǎo)體；④反應(yīng)裝置容易設(shè)計(jì)，生長(zhǎng)溫度范圍較寬，易于控制，可大批量生產(chǎn)；⑤可在藍(lán)寶石、尖晶石基片上實(shí)現(xiàn)外延生長(zhǎng)化學(xué)氣相沉積——其它CVD方法滿足此條件的原材料有：金屬的烷基或芳基衍生物MOCVD的主要缺點(diǎn)：①許多金屬有機(jī)化合物有毒、易燃，給有機(jī)金屬化合物的制備、貯存、運(yùn)輸和使用帶來(lái)困難，必須采取嚴(yán)格的防護(hù)措施；②由于反應(yīng)溫度低，有些金屬有機(jī)化合物在氣相中就發(fā)生反應(yīng)，生成固態(tài)微粒再沉積在襯底表面，形成薄膜中的雜質(zhì)顆粒，破壞了膜的完整性?；瘜W(xué)氣相沉積——其它CVD方法MOCVD的主要缺點(diǎn)：①許多金屬有機(jī)化合物有毒、易燃，給化學(xué)氣相沉積——其它CVD方法(2)光CVD

是利用光能使氣體分解，增加反應(yīng)氣體的化學(xué)活性，促進(jìn)氣體之間化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)。(3)電子回旋共振（ECR）等離子體沉積在反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入微波能和磁場(chǎng)，使得電子的回旋運(yùn)動(dòng)和微波發(fā)生共振現(xiàn)象。電子和氣體碰撞，促進(jìn)放電，從而可以在較高的真空度和較低的溫度下發(fā)生反應(yīng)，獲得高質(zhì)量的薄膜?？稍诎雽?dǎo)體基板上淀積導(dǎo)電薄膜，絕緣介質(zhì)薄膜，鈷鎳合金薄膜以及氧化物高Tc超導(dǎo)薄膜?；瘜W(xué)氣相沉積——其它CVD方法(2)光CVDCVD裝置的結(jié)構(gòu)主要包括哪幾部分？什么是開(kāi)管CVD？什么是閉管CVD？特點(diǎn)是什么？什么是低壓CVD和等離子CVD？作業(yè)CVD裝置的結(jié)構(gòu)主要包括哪幾部分？作業(yè)謝謝！謝謝！

上海交通大學(xué)

化學(xué)氣相沉積（CVD）

化學(xué)氣相沉積（CVD）

★化學(xué)氣相沉積的基本原理

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化學(xué)氣相沉積的特點(diǎn)

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CVD方法簡(jiǎn)介

★低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）

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等離子體化學(xué)氣相沉積

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其他CVD方法★化學(xué)氣相沉積的基本原理概念化學(xué)氣相沉積（CVD）是一種化學(xué)氣相生長(zhǎng)法。

把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物的單質(zhì)氣體供給基片，利用加熱、等離子體、紫外光以及激光等能源，借助氣相作用或在基板表面的化學(xué)反應(yīng)（熱分解或化學(xué)合成）生長(zhǎng)形成固態(tài)的薄膜。

CVD法可制備薄膜、粉末、纖維等材料，用于很多領(lǐng)域，如半導(dǎo)體工業(yè)、電子器件、光子及光電子工業(yè)等。概念化學(xué)氣相沉積（CVD）是一種化學(xué)氣相生長(zhǎng)法

CVD法實(shí)際上很早就有應(yīng)用，用于材料精制、裝飾涂層、耐氧化涂層、耐腐蝕涂層等。CVD法一開(kāi)始用于硅、鍺精制上，隨后用于適合外延生長(zhǎng)法制作的材料上。表面保護(hù)膜一開(kāi)始只限于氧化膜、氮化膜等，之后添加了由Ⅲ、Ⅴ族元素構(gòu)成的新的氧化膜，最近還開(kāi)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(yīng)用，這是CVD法最有效的應(yīng)用場(chǎng)所。CVD法實(shí)際上很早就有應(yīng)用，用于材料精制、裝CVD法發(fā)展歷程

1880s，第一次應(yīng)用于白熾燈，提高燈絲強(qiáng)度；同時(shí)誕生許多專利接下來(lái)50年，發(fā)展較慢，主要用于高純難熔金屬的制備，如Ta、Ti、Zr等二戰(zhàn)末期，發(fā)展迅速

1960年，用于半導(dǎo)體工業(yè)

1963年，等離子體CVD用于電子工業(yè)

1968年，CVD碳化物涂層用于工業(yè)應(yīng)用

1980s,

CVD法制備DLC膜

1990s，金屬-有機(jī)CVD快速發(fā)展CVD法發(fā)展歷程

CVD可以制備單晶、多相或非晶態(tài)無(wú)機(jī)薄膜，以及金剛石薄膜、高Tc超導(dǎo)薄膜、透明導(dǎo)電薄膜以及某些敏感功能薄膜。

CVD技術(shù)分類:

按淀積溫度：低溫（200～500℃）、中溫（500～1000℃）和高溫（1000～1300℃）按反應(yīng)器內(nèi)的壓力：常壓和低壓按反應(yīng)器壁的溫度：熱壁和冷壁按反應(yīng)激活方式：熱激活和冷激活CVD可以制備單晶、多相或非晶態(tài)無(wú)機(jī)薄膜，以CVD裝置的主要部分：反應(yīng)氣體輸入部分、反應(yīng)激活能源供應(yīng)部分和氣體排出部分。CVD裝置的主要部分：反應(yīng)氣體輸入部分、反應(yīng)激活能源供應(yīng)部分化學(xué)氣相沉積——基本原理★化學(xué)氣相沉積的基本原理化學(xué)氣相沉積的基本原理是以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)化學(xué)氣相沉積是利用氣態(tài)物質(zhì)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在基片表面形成固態(tài)薄膜的一種成膜技術(shù)?；瘜W(xué)氣相沉積（CVD）——ChemicalVaporDepositionCVD反應(yīng)是指反應(yīng)物為氣體而生成物之一為固體的化學(xué)反應(yīng)。CVD完全不同于物理氣相沉積（PVD）化學(xué)氣相沉積——基本原理★化學(xué)氣相沉積的基本原理化學(xué)氣

CVD和PVD化學(xué)氣相沉積——基本原理CVD和PVD化學(xué)氣相沉積——基本原理化學(xué)氣相沉積——基本原理最常見(jiàn)的幾種CVD反應(yīng)類型有：熱分解反應(yīng)、化學(xué)合成、化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)等。熱分解反應(yīng)（吸熱反應(yīng)，單一氣源）通式：主要問(wèn)題是源物質(zhì)的選擇（固相產(chǎn)物與薄膜材料相同）和確定分解溫度。該方法在簡(jiǎn)單的單溫區(qū)爐中，在真空或惰性氣體保護(hù)下加熱基體至所需溫度后，導(dǎo)入反應(yīng)物氣體使之發(fā)生熱分解，最后在基體上沉積出固體涂層。化學(xué)氣相沉積——基本原理最常見(jiàn)的幾種CVD反化學(xué)氣相沉積——基本原理（1）氫化物

H-H鍵能小，熱分解溫度低，產(chǎn)物無(wú)腐蝕性。（2）金屬有機(jī)化合物

M-C鍵能小于C-C鍵，廣泛用于沉積金屬和氧化物薄膜。金屬有機(jī)化合物的分解溫度非常低，擴(kuò)大了基片選擇范圍以及避免了基片變形問(wèn)題。三異丙氧基鋁

化學(xué)氣相沉積——基本原理（1）氫化物H-H鍵化學(xué)氣相沉積——基本原理（3）氫化物和金屬有機(jī)化合物系統(tǒng)廣泛用于制備化合物半導(dǎo)體薄膜。（4）其它氣態(tài)絡(luò)合物、復(fù)合物（貴金屬、過(guò)渡金屬沉積）羰基化合物：?jiǎn)伟苯j(luò)合物：化學(xué)氣相沉積——基本原理（3）氫化物和金屬有機(jī)化合物系統(tǒng)化學(xué)氣相沉積——基本原理化學(xué)合成反應(yīng)（兩種或兩種以上氣源）化學(xué)合成反應(yīng)是指兩種或兩種以上的氣態(tài)反應(yīng)物在熱基片上發(fā)生的相互反應(yīng)。(1)最常用的是氫氣還原鹵化物來(lái)制備各種金屬或半導(dǎo)體薄膜；(2)選用合適的氫化物、鹵化物或金屬有機(jī)化合物來(lái)制備各種介質(zhì)薄膜。

化學(xué)合成反應(yīng)法比熱分解法的應(yīng)用范圍更加廣泛?？梢灾苽鋯尉А⒍嗑Ш头蔷П∧?。容易進(jìn)行摻雜?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理化學(xué)合成反應(yīng)（兩種或兩種以上氣源）化學(xué)氣相沉積——基本原理①還原或置換反應(yīng)

②氧化或氮化反應(yīng)

③水解反應(yīng)

原則上可制備任一種無(wú)機(jī)薄膜。

化學(xué)氣相沉積——基本原理①還原或置換反應(yīng)②氧化或氮化反應(yīng)化學(xué)氣相沉積——基本原理化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)將薄膜物質(zhì)作為源物質(zhì)（無(wú)揮發(fā)性物質(zhì)），借助適當(dāng)?shù)臍怏w介質(zhì)（輸運(yùn)劑）與之反應(yīng)而形成氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物經(jīng)過(guò)化學(xué)遷移或物理輸運(yùn)到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，在基片上再通過(guò)逆反應(yīng)使源物質(zhì)重新分解出來(lái)，這種反應(yīng)過(guò)程稱為化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)。源區(qū)沉積區(qū)源區(qū)沉積區(qū)源區(qū)沉積區(qū)化學(xué)氣相沉積——基本原理化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)將薄膜化學(xué)氣相沉積——基本原理化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)條件：不能太大；平衡常數(shù)KP接近于1?；瘜W(xué)輸運(yùn)反應(yīng)判據(jù)：設(shè)源為A（固態(tài)），輸運(yùn)劑為XB(氣體化合物，輸運(yùn)反應(yīng)通式為：源區(qū)沉積區(qū)化學(xué)氣相沉積——基本原理化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)條件：化學(xué)氣相沉積——基本原理根據(jù)熱力學(xué)分析可以指導(dǎo)選擇化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，估計(jì)輸運(yùn)溫度。首先根據(jù)選擇的反應(yīng)體系，確定與溫度的關(guān)系，選擇的反應(yīng)體系。如果條件滿足，說(shuō)明所選反應(yīng)體系是合適的。大于0的溫度T1（源區(qū)溫度）；小于0的溫度T2（沉積區(qū)溫度）。

根據(jù)以上分析，確定合適的溫度梯度，可得有效輸運(yùn)?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理根據(jù)熱力學(xué)分析可以指化學(xué)氣相沉積——基本原理CVD法的共同特點(diǎn)：1、反應(yīng)式總可寫(xiě)成2、這些反應(yīng)是可逆的，對(duì)過(guò)程作必要的熱力學(xué)分析有助于了解CVD反應(yīng)的過(guò)程?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理CVD法的共同特點(diǎn)：

CVD的化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)CVD熱力學(xué)分析的主要目的是預(yù)測(cè)某些特定條件下某些CVD反應(yīng)的可行性（化學(xué)反應(yīng)的方向和限度）。在溫度、壓強(qiáng)和反應(yīng)物濃度給定的條件下，熱力學(xué)計(jì)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(xué)分析可作為確定CVD工藝參數(shù)的參考?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理CVD的化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)CVD熱力學(xué)分析的主化學(xué)氣相沉積——基本原理（1）化學(xué)反應(yīng)的自由能變化

按熱力學(xué)原理，化學(xué)反應(yīng)的自由能變化ΔGr可以用反應(yīng)物和生成物的標(biāo)準(zhǔn)自由能ΔGf來(lái)計(jì)算，即對(duì)于化學(xué)反應(yīng)aA+bB=cC其自由能變化ΔGr=cGc-bGb-aGa化學(xué)氣相沉積——基本原理（1）化學(xué)反應(yīng)的自由能變化化學(xué)氣相沉積——基本原理

與反應(yīng)系統(tǒng)的化學(xué)平衡常數(shù)K有關(guān)

例：熱分解反應(yīng)反應(yīng)物過(guò)飽和而產(chǎn)物欠飽和時(shí)，ΔGr<0,反應(yīng)可正向進(jìn)行，反之，沿反向進(jìn)行。化學(xué)氣相沉積——基本原理與反應(yīng)系化學(xué)氣相沉積——基本原理（2）化學(xué)反應(yīng)路線的選擇穩(wěn)定的單晶生長(zhǎng)條件要求只引入一個(gè)生長(zhǎng)核心，同時(shí)抑制其他生長(zhǎng)核心的形成。需滿足條件：

ΔGr<0，且在數(shù)值上盡量接近于零。此時(shí)，反應(yīng)物和產(chǎn)物近似處于一種平衡共存的狀態(tài)。

化學(xué)氣相沉積——基本原理（2）化學(xué)反應(yīng)路線的選擇化學(xué)氣相沉積——基本原理（3）化學(xué)反應(yīng)平衡的計(jì)算熱力學(xué)計(jì)算不僅可以預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的可能性，還可以提供化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)位置以及各種工藝條件對(duì)平衡點(diǎn)位置影響的重要信息。為實(shí)現(xiàn)這一目的，需要在給定溫度、壓力、初始化學(xué)組成的前提下求解反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各組分的分壓或濃度。舉例：利用H2還原SiCl4外延制備單晶硅薄膜的反應(yīng)。H、Cl、Si三元體系化學(xué)氣相沉積——基本原理（3）化學(xué)反應(yīng)平衡的計(jì)算H、Cl、S化學(xué)氣相沉積——基本原理

CVD的（化學(xué)反應(yīng)）動(dòng)力學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是一個(gè)把反應(yīng)熱力學(xué)預(yù)言變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，使反應(yīng)實(shí)際進(jìn)行的問(wèn)題；它是研究化學(xué)反應(yīng)的速度和各種因素對(duì)其影響的科學(xué)。動(dòng)力學(xué)的因素決定了上述過(guò)程發(fā)生的速度以及他在有限時(shí)間內(nèi)可進(jìn)行的程度

CVD反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析的基本任務(wù)是：通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究薄膜的生長(zhǎng)速率，確定過(guò)程速率的控制機(jī)制，以便進(jìn)一步調(diào)整工藝參數(shù)，獲得高質(zhì)量、厚度均勻的薄膜。化學(xué)氣相沉積——基本原理CVD的（化學(xué)反應(yīng)）動(dòng)力學(xué)化學(xué)氣相沉積——基本原理一般CVD反應(yīng)過(guò)程涉及的各個(gè)動(dòng)力學(xué)環(huán)節(jié)氣體輸入強(qiáng)制對(duì)流自然對(duì)流氣相擴(kuò)散表面吸附表面反應(yīng)表面脫附薄膜結(jié)構(gòu)與成分的形成氣相傳輸與氣相反應(yīng)氣相沉積氣體的宏觀流動(dòng)、氣體分子的擴(kuò)散、氣相內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)氣體分子的表面吸附與脫附、表面擴(kuò)散及表面化學(xué)反應(yīng)化學(xué)氣相沉積——基本原理一般CVD反應(yīng)過(guò)程涉及的各個(gè)動(dòng)力學(xué)環(huán)化學(xué)氣相沉積——基本原理（1）氣體的輸運(yùn)氣體的輸運(yùn)過(guò)程對(duì)薄膜的沉積速度、薄膜厚度的均勻性、反應(yīng)物的利用效率等有重要影響。氣體在CVD系統(tǒng)中有兩種宏觀流動(dòng)：強(qiáng)制對(duì)流外部壓力造成的壓力梯度使氣體從壓力高向壓力低的地方流動(dòng)氣體的自然對(duì)流氣體溫度的不均勻性引起的高溫氣體上升、低溫氣體下降的流動(dòng)化學(xué)氣相沉積——基本原理（1）氣體的輸運(yùn)化學(xué)氣相沉積——基本原理氣體的強(qiáng)制對(duì)流容器內(nèi)氣體的流速分布和邊界層的形成流動(dòng)邊界層化學(xué)氣相沉積——基本原理氣體的強(qiáng)制對(duì)流容器內(nèi)氣體的流速分布化學(xué)氣相沉積——基本原理流動(dòng)邊界層厚度為x，沿長(zhǎng)度方向的坐標(biāo)

Re，雷諾數(shù)整個(gè)管道長(zhǎng)度上邊界層厚度的平均值為邊界層內(nèi)，氣體處于一種流動(dòng)性很低的狀態(tài)，而反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物都需經(jīng)過(guò)擴(kuò)散過(guò)程通過(guò)邊界層，因此邊界層的存在限制了沉積的速度?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理流動(dòng)邊界層厚度為x，沿長(zhǎng)度方向的坐標(biāo)化學(xué)氣相沉積——基本原理提高Re可降低邊界層厚度，從而促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和提高沉積速率。相應(yīng)地要求提高氣體流速和壓力，降低氣體粘滯系數(shù)。氣體的粘滯系數(shù)與氣體的種類、溫度有關(guān)，與氣體壓力無(wú)關(guān)；且在1000K以下的溫度范圍內(nèi)與Tn成正比，其中n=0.6~1。雷諾數(shù)的增加有一定的限制，過(guò)高時(shí)，氣體的流動(dòng)狀態(tài)由層流變?yōu)橥牧鳡顟B(tài)，將破壞CVD沉積過(guò)程中氣流的穩(wěn)定性，影響沉積的均勻性和造成沉積缺陷。一般的CVD過(guò)程，多數(shù)情況希望將氣體的流動(dòng)狀態(tài)維持在層流狀態(tài)?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理提高Re可降低邊界層厚度，從而促進(jìn)化化學(xué)氣相沉積——基本原理（2）氣相化學(xué)反應(yīng)

CVD系統(tǒng)中，氣體在到達(dá)沉底表面之前，溫度已經(jīng)升高，并開(kāi)始了分解、化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。它與氣體流動(dòng)與擴(kuò)散等現(xiàn)象一起，影響著薄膜的沉積過(guò)程。一級(jí)反應(yīng)反應(yīng)速率二級(jí)反應(yīng)反應(yīng)的級(jí)數(shù)表明了參與反應(yīng)碰撞過(guò)程的分子數(shù)。取決于反映的具體進(jìn)程和其中的限制性環(huán)節(jié)，而與化學(xué)反應(yīng)式的系數(shù)無(wú)直接關(guān)系?；瘜W(xué)反應(yīng)式只代表總的反應(yīng)效果，不代表反應(yīng)的具體過(guò)程?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理（2）氣相化學(xué)反應(yīng)CVD化學(xué)氣相沉積——基本原理（3）氣體組分的擴(kuò)散在CVD過(guò)程中，襯底表面附近存在一個(gè)氣相邊界層。氣相中各組分只有經(jīng)擴(kuò)散過(guò)程通過(guò)邊界層，才能參與薄膜表面的沉積過(guò)程；同樣，反應(yīng)的產(chǎn)物也必須經(jīng)擴(kuò)散過(guò)程通過(guò)邊界層，才能離開(kāi)薄膜表面。當(dāng)系統(tǒng)中化學(xué)組分的濃度存在不均勻性時(shí)，將引起相應(yīng)組分的擴(kuò)散。擴(kuò)散通量為擴(kuò)散過(guò)程的推動(dòng)力是濃度梯度引起的組分自由能梯度?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理（3）氣體組分的擴(kuò)散當(dāng)系（４）表面吸附及表面化學(xué)反應(yīng)氣體組分在擴(kuò)散至薄膜表面之后，還要經(jīng)過(guò)表面吸附、表面擴(kuò)散、表面反應(yīng)、反應(yīng)產(chǎn)物脫附等過(guò)程，才能完成薄膜的沉積過(guò)程。

吸附、反應(yīng)、脫附過(guò)程的快慢可能成為薄膜沉積過(guò)程的控制性環(huán)節(jié)。如：Si的沉積過(guò)程中，表面吸附的H會(huì)阻礙進(jìn)一步的吸附過(guò)程，從而降低Si薄膜的沉積速率。（４）表面吸附及表面化學(xué)反應(yīng)氣體組分在擴(kuò)散至薄膜表面之后襯底表面發(fā)生吸附、反應(yīng)、脫附等微觀過(guò)程分析凝聚系數(shù)Sc：最終溶入薄膜的氣體分子比例。決定了薄膜的生長(zhǎng)速率。襯底表面發(fā)生吸附、反應(yīng)、脫附等微觀過(guò)程分析凝聚系數(shù)Sc：最終各種物理氣相沉積過(guò)程中，薄膜的沉積速率只取決于蒸發(fā)濺射來(lái)的物質(zhì)通量，即Sc=1。很多CVD過(guò)程，尤其當(dāng)襯底溫度很低或襯底表面已經(jīng)被吸附分子覆蓋的情況下，Sc值很小。當(dāng)氣相與固相達(dá)平衡時(shí)，Sc=0。各種物理氣相沉積過(guò)程中，薄膜的沉積速率只取決于蒸發(fā)濺射來(lái)濺射鍍膜中，入射的原子具有較高能量，原子可直接與薄膜表面的原子發(fā)生反應(yīng)，完成沉積過(guò)程。各種等離子體輔助沉積方法中，等離子體可有效提高入射粒子的能量，直接完成粒子的沉積過(guò)程。熱蒸發(fā)或普通CVD法中，入射分子或原子能量較低，粒子的沉積一般要先經(jīng)過(guò)物理吸附，再轉(zhuǎn)為化學(xué)吸附或脫附返回氣相中。兩個(gè)過(guò)程都需吸收能量，以克服相應(yīng)的能壘。濺射鍍膜中，入射的原子具有較高能量，原子可直接與薄膜表面（5）表面擴(kuò)散在薄膜表面,能量曲線表現(xiàn)為與物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)相關(guān)的周期性,而被吸附的分子或原子一般處于能量較低的勢(shì)阱中,因此,吸附分子或原子要擴(kuò)散就必須克服相應(yīng)的能壘Es。單位表面上吸附分子、原子的擴(kuò)散可視為一個(gè)一級(jí)反應(yīng)。一定時(shí)間內(nèi)，表面吸附分子、原子的平均擴(kuò)散距離為擴(kuò)散能力隨溫度上升呈指數(shù)形式增加。（5）表面擴(kuò)散在薄膜表面,能量曲線表現(xiàn)為與物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)相關(guān)的表面分子或原子的平均擴(kuò)散距離隨溫度的變化曲線表面分子或原子的平均擴(kuò)散距離隨溫度的變化曲線（6）溫度對(duì)CVD過(guò)程薄膜沉積速率的影響溫度是CVD過(guò)程中的重要參數(shù)之一。Si的沉積模型及Si的沉積速率隨溫度T的變化規(guī)律（6）溫度對(duì)CVD過(guò)程薄膜沉積速率的影響溫度是CVD過(guò)程中的擴(kuò)散至襯底表面的反應(yīng)物通量為與襯底表面消耗的反應(yīng)物對(duì)應(yīng)的反應(yīng)物通量為達(dá)平衡時(shí)，當(dāng)ks>>D/δ時(shí)，擴(kuò)散控制的沉積過(guò)程；當(dāng)ks<<D/δ時(shí)，表面反應(yīng)控制的沉積過(guò)程。擴(kuò)散至襯底表面的反應(yīng)物通量為與襯底表面消耗的反應(yīng)物對(duì)應(yīng)的反應(yīng)反應(yīng)導(dǎo)致的沉積速率沉積速率隨溫度的變化取決于ks,D,δ?？傮w來(lái)講，低溫時(shí)，R由襯底表面的反應(yīng)速率（ks）所控制，其變化趨勢(shì)受e-E/RT項(xiàng)的影響；高溫時(shí)，沉積速率受氣相擴(kuò)散系數(shù)D控制，隨溫度變化趨于緩慢。

一般情況，表面化學(xué)反應(yīng)控制型CVD過(guò)程的沉積速率隨溫度升高而加快；有些特別情況，沉積速率會(huì)隨溫度升高而先升高后下降，原因在于化學(xué)反應(yīng)的可逆性。（N0

表面原子密度）反應(yīng)導(dǎo)致的沉積速率沉積速率隨溫度的變化取決于ks,D,δ（a）反應(yīng)在正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，凈反應(yīng)速率隨溫度上升出現(xiàn)最大值。溫度持續(xù)升高會(huì)導(dǎo)致逆向反應(yīng)速度超過(guò)正向反應(yīng)速度，薄膜沉積變?yōu)榭涛g的過(guò)程。溫度過(guò)高不利于反應(yīng)產(chǎn)物的沉積。（b）反應(yīng)在正向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，正反應(yīng)激活能較高，凈反應(yīng)速率隨溫度升高單調(diào)上升。溫度過(guò)低不利于反應(yīng)產(chǎn)物的沉積。相應(yīng)地，在薄膜沉積室設(shè)計(jì)方面形成了熱壁式和冷壁式的兩種CVD裝置，以減少反應(yīng)產(chǎn)物在器壁上的不必要的沉積。（a）反應(yīng)在正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，凈反應(yīng)速率隨溫度上升出現(xiàn)最大值。（7）CVD薄膜沉積速率的均勻性模型:Si在襯底上沉積生長(zhǎng)時(shí)的CVD過(guò)程（7）CVD薄膜沉積速率的均勻性模型:Si在襯底上沉積生長(zhǎng)時(shí)提高薄膜沉積均勻性的措施：（1）提高氣體流速與裝置的尺寸；（2）調(diào)整裝置內(nèi)的溫度分布，從而影響擴(kuò)散系數(shù)D的分布；（3）改變襯底的放置角度，客觀上強(qiáng)制提高氣體的流動(dòng)速度。在有孔、槽等凹陷的復(fù)雜形狀襯底表面，薄膜沉積會(huì)發(fā)生一定程度的養(yǎng)分貧化現(xiàn)象，導(dǎo)致凹陷內(nèi)薄膜沉積速率低于凹陷外薄膜沉積速率。CVD過(guò)程中化學(xué)基團(tuán)的凝聚系數(shù)越低，薄膜對(duì)襯底的覆蓋能力越好。提高薄膜沉積均勻性的措施：在有孔、槽等凹陷的復(fù)雜形狀襯底表面化學(xué)氣相沉積——基本原理

CVD法制備薄膜過(guò)程（四個(gè)階段）（1）反應(yīng)氣體向基片表面擴(kuò)散；（2）反應(yīng)氣體吸附于基片表面；（3）在基片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；（4）在基片表面產(chǎn)生的氣相副產(chǎn)物脫離表面，向空間擴(kuò)散或被抽氣系統(tǒng)抽走；基片表面留下不揮發(fā)的固相反應(yīng)產(chǎn)物——薄膜。CVD基本原理包括：反應(yīng)化學(xué)、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、輸運(yùn)過(guò)程、薄膜成核與生長(zhǎng)、反應(yīng)器工程等學(xué)科領(lǐng)域?；瘜W(xué)氣相沉積——基本原理CVD法制備薄膜過(guò)程（四個(gè)階段）（化學(xué)氣相沉積——特點(diǎn)★化學(xué)氣相沉積的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)即可制作金屬、非金屬薄膜，又可制作多組分合金薄膜；成膜速率高，可批量制備；（幾微米至幾百微米/min）

CVD反應(yīng)可在常壓或低真空進(jìn)行，繞射性能好；薄膜純度高、致密性好、殘余應(yīng)力小、結(jié)晶良好；薄膜生長(zhǎng)溫度低于材料的熔點(diǎn)；薄膜表面平滑；輻射損傷小，用于MOS半導(dǎo)體器件化學(xué)氣相沉積——特點(diǎn)★化學(xué)氣相沉積的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)即可制作缺點(diǎn)參與沉積的反應(yīng)源和反應(yīng)后的氣體易燃、易爆或有毒，需環(huán)保措施，有時(shí)還有防腐蝕要求；

反應(yīng)溫度還是太高，盡管低于物質(zhì)的熔點(diǎn)；溫度高于PVD技術(shù)，應(yīng)用中受到一定限制；對(duì)基片進(jìn)行局部表面鍍膜時(shí)很困難，不如PVD方便?；瘜W(xué)氣相沉積——特點(diǎn)缺點(diǎn)參與沉積的反應(yīng)源和反應(yīng)后的氣體易燃、易爆或有毒，需環(huán)化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介★CVD方法簡(jiǎn)介

CVD反應(yīng)體系必須具備三個(gè)條件在沉積溫度下，反應(yīng)物具有足夠高的蒸氣壓，并能以適當(dāng)?shù)乃俣缺灰敕磻?yīng)室；反應(yīng)產(chǎn)物除了形成固態(tài)薄膜物質(zhì)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，以保證在反應(yīng)中能保持在受熱的基體上，不會(huì)揮發(fā)?；瘜W(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介★CVD方法簡(jiǎn)介CVD反開(kāi)口體系CVD包括：氣體凈化系統(tǒng)、氣體測(cè)量和控制系統(tǒng)、反應(yīng)器、尾氣處理系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)等。臥式：化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介開(kāi)口體系CVD包括：氣體凈化系統(tǒng)、氣體測(cè)量感應(yīng)加熱化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介感應(yīng)加熱化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介

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(yīng)加熱或光輻射加熱。缺點(diǎn)是有較大溫差，溫度均勻性問(wèn)題需特別設(shè)計(jì)來(lái)克服。適合反應(yīng)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(yīng)器壁加熱是為了防止反應(yīng)物冷凝。管壁有反應(yīng)物沉積，易剝落造成污染?；瘜W(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介冷壁CVD：器壁和原料區(qū)都不加熱，僅基片被加開(kāi)口體系CVD工藝的特點(diǎn)能連續(xù)地供氣和排氣，物料的運(yùn)輸一般是靠惰性氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)的。反應(yīng)總處于非平衡狀態(tài)，而有利于形成薄膜沉積層（至少有一種反應(yīng)產(chǎn)物可連續(xù)地從反應(yīng)區(qū)排出）。在大多數(shù)情況下，開(kāi)口體系是在一個(gè)大氣壓或稍高于一個(gè)大氣壓下進(jìn)行的。但也可在真空下連續(xù)地或脈沖地供氣及不斷地抽出副產(chǎn)物。有利于沉積厚度均勻的薄膜。開(kāi)口體系的沉積工藝容易控制，工藝重現(xiàn)性好，工件容易取放，同一裝置可反復(fù)多次使用。有立式和臥式兩種形式。臥式反應(yīng)器特點(diǎn)：常壓操作；裝、卸料方便。但是薄膜的均勻性差?；瘜W(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介開(kāi)口體系CVD工藝的特點(diǎn)能連續(xù)地供氣和排氣，物料的運(yùn)輸一般是立式反應(yīng)器：氣流垂直于基體，可使氣流以基板為中心均勻分布?；Ъ転樾D(zhuǎn)圓盤(pán)，可保證反應(yīng)氣體混合均勻，沉積薄膜的厚度、成分及雜質(zhì)分布均勻?；瘜W(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介立式反應(yīng)器：基片支架為旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，可保證反應(yīng)氣體混合均勻，沉積化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介能對(duì)大量基片進(jìn)行外延生長(zhǎng)，批量沉積薄膜化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介能對(duì)大量基片進(jìn)行外延生長(zhǎng)，批量沉積區(qū)域?yàn)榍蛐危軣峋鶆?，反?yīng)氣體均勻供給；產(chǎn)品的均勻性好，膜層厚度一致，質(zhì)地均勻?；瘜W(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介沉積區(qū)域?yàn)榍蛐?，基片受熱均勻，反?yīng)氣體均勻供給；產(chǎn)品的均勻性封閉式（閉管沉積系統(tǒng)）CVD（熱壁法）把一定量的反應(yīng)物和適當(dāng)?shù)幕w分別放在反應(yīng)器的兩端，抽空后充入一定的輸運(yùn)氣體，然后密封，再將反應(yīng)器置于雙溫區(qū)爐內(nèi)，使反應(yīng)管內(nèi)形成溫度梯度。溫度梯度造成的負(fù)自由能變化是傳輸反應(yīng)的推動(dòng)力，所以物料從閉管的一端傳輸?shù)搅硪欢瞬⒊练e下來(lái)。在理想情況下，閉管反應(yīng)器中所進(jìn)行的反應(yīng)其平衡常數(shù)值應(yīng)接近于1?；瘜W(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介封閉式（閉管沉積系統(tǒng)）CVD（熱壁法）把一定量的反應(yīng)物和適溫度梯度2.5℃/cm低溫區(qū)T1=T2-13.5℃高溫區(qū)T2=850~860℃例化學(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介溫度梯度2.5℃/cm低溫區(qū)T1=T2-13.5℃高溫區(qū)T2

閉管法的優(yōu)點(diǎn)：污染的機(jī)會(huì)少，不必連續(xù)抽氣保持反應(yīng)器內(nèi)的真空，可以沉積蒸氣壓高的物質(zhì)。

閉管法的缺點(diǎn)：材料生長(zhǎng)速率慢，不適合大批量生長(zhǎng)，一次性反應(yīng)器，生長(zhǎng)成本高；管內(nèi)壓力檢測(cè)困難等。

閉管法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：反應(yīng)器材料選擇、裝料壓力計(jì)算、溫度選擇和控制等?；瘜W(xué)氣相沉積——CVD方法簡(jiǎn)介閉管法的優(yōu)點(diǎn)：污染的機(jī)會(huì)少，不必連續(xù)抽氣保持化學(xué)氣相沉積——LPCVD★低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）

LPCVD原理早期CVD技術(shù)以開(kāi)管系統(tǒng)為主，即AtmospherePressureCVD(APCVD)。近年來(lái)，CVD技術(shù)令人注目的新發(fā)展是低壓CVD技術(shù)，即LowPressureCVD（LPCVD）。

LPCVD原理于APCVD基本相同，主要差別是：低壓下氣體擴(kuò)散系數(shù)增大，使氣態(tài)反應(yīng)物和副產(chǎn)物的質(zhì)量傳輸速率加快，形成薄膜的反應(yīng)速率增加?；瘜W(xué)氣相沉積——LPCVD★低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD化學(xué)氣相沉積——LPCVD化學(xué)氣相沉積——LPCVD化學(xué)氣相沉積——LPCVD化學(xué)氣相沉積——LPCVD

LPCVD優(yōu)點(diǎn)（1）低氣壓下氣態(tài)分子的平均自由程增大，反應(yīng)裝置內(nèi)可以快速達(dá)到濃度均一，消除了由氣相濃度梯度帶來(lái)的薄膜不均勻性。（2）薄膜質(zhì)量高：薄膜臺(tái)階覆蓋良好；結(jié)構(gòu)完整性好；針孔較少。（3）沉積速率高。沉積過(guò)程主要由表面反應(yīng)速率控制，對(duì)溫度變化極為敏感，所以，LPCVD技術(shù)主要控制溫度變量。LPCVD工藝重復(fù)性優(yōu)于APCVD。（4）臥式LPCVD裝片密度高，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低?；瘜W(xué)氣相沉積——LPCVDLPCVD優(yōu)點(diǎn)（1）低氣