薄膜材料6PPT課件

1、 化學氣相沉積（化學氣相沉積（CVD）是一種化學氣相生長法。）是一種化學氣相生長法。 把含有構成薄膜元素的一種或幾種化合物的單質把含有構成薄膜元素的一種或幾種化合物的單質氣體供給基片，利用加熱、等離子體、紫外光以及激氣體供給基片，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反應光等能源，借助氣相作用或在基板表面的化學反應（熱分解或化學合成）生長要求的薄膜（熱分解或化學合成）生長要求的薄膜。 CVD裝置的主要部分：裝置的主要部分：反應氣體輸入部分、反反應氣體輸入部分、反應激活能源供應部分和氣體排出部分應激活能源供應部分和氣體排出部分。 CVD可以制備單晶、多相或非晶態(tài)

2、無機薄膜，近可以制備單晶、多相或非晶態(tài)無機薄膜，近年來，已研制出金剛石薄膜、高年來，已研制出金剛石薄膜、高Tc超導薄膜、透明導超導薄膜、透明導電薄膜以及某些敏感功能薄膜。電薄膜以及某些敏感功能薄膜。 第1頁/共54頁 CVD法制備薄膜具有很多優(yōu)點，如薄膜組分任意法制備薄膜具有很多優(yōu)點，如薄膜組分任意控制、生長溫度低于組成物質的熔點、膜層均勻性好、控制、生長溫度低于組成物質的熔點、膜層均勻性好、薄膜純度高、針孔少、結構致密。薄膜純度高、針孔少、結構致密。 CVD分類：分類：按淀積溫度按淀積溫度：低溫（低溫（200500）、中溫（）、中溫（500 500 1000）和高溫（）和高溫（1000 13

3、00）按反應器內(nèi)的壓力按反應器內(nèi)的壓力：常壓和低壓：常壓和低壓按反應器壁的溫度按反應器壁的溫度：熱壁和冷壁：熱壁和冷壁按反應激活方式按反應激活方式：熱激活和冷激活：熱激活和冷激活第2頁/共54頁 化學氣相沉積的基本原理 化學氣相沉積的特點 CVD方法簡介 低壓化學氣相沉積（LPCVD）等離子體化學氣相沉積其他CVD方法本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容第3頁/共54頁化學氣相沉積q 化學氣相沉積的定義化學氣相沉積的定義 化學氣相沉積是利用氣態(tài)物質通過化學反應在基片表面形成固態(tài)薄膜的一種成膜技術。 化學氣相沉積（CVD） Chemical Vapor Deposition CVD反應是指反應物為氣體而生成

4、物之一為固體的化學反應。 CVD完全不同于物理氣相沉積（PVD）第4頁/共54頁化學氣相沉積q CVD和和PVD第5頁/共54頁化學氣相沉積 CVD法實際上很早就有應用，用于材料精制、裝飾涂層、耐氧化涂層、耐腐蝕涂層等。在電子學方面PVD法用于制作半導體電極等。 CVD法一開始用于硅、鍺精制上，隨后用于適合外延生長法制作的材料上。 表面保護膜一開始只限于氧化膜、氮化膜等，之后添加了由、族元素構成的新的氧化膜，最近還開發(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法制各的多晶硅膜在器件上得到廣泛應用，這是CVD法最有效的應用場所。第6頁/共54頁化學氣相沉積q CVD的

5、化學反應熱力學的化學反應熱力學 按熱力學原理，化學反應的自由能變化 可以用反應物和生成物的標準自由能 來計算，即rGfG()()rffGGG生成物反應物 CVD熱力學分析的主要目的是預測某些特定條件下某些熱力學分析的主要目的是預測某些特定條件下某些CVD反應的可行性（反應的可行性（化學反應的方向和限度化學反應的方向和限度）。）。 在溫度、壓強和反應物濃度給定的條件下，熱力學計算在溫度、壓強和反應物濃度給定的條件下，熱力學計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。給出沉積速率。 熱力學分析可作為確定熱力學分析可作為確

6、定CVD工藝參數(shù)的參考。工藝參數(shù)的參考。第7頁/共54頁化學氣相沉積2.3logrPGRTK 與反應系統(tǒng)的化學平衡常數(shù)與反應系統(tǒng)的化學平衡常數(shù) 有關有關rGPK11()nmPijijKPP生成物（反應物） 例：熱分解反應例：熱分解反應( )( )( )( )AB gC gA sBC gBCPABCPKPP第8頁/共54頁化學氣相沉積反應方向判據(jù)：反應方向判據(jù)：0rG 可以確定反可以確定反應溫度。應溫度。第9頁/共54頁化學氣相沉積 平衡常數(shù) 的意義： PK 計算理論轉化率計算理論轉化率 計算總壓強、配料比對反應的影響計算總壓強、配料比對反應的影響iiinPPn通過平衡常數(shù)可以確定系統(tǒng)的熱力學平

7、衡問題。第10頁/共54頁化學氣相沉積q CVD的（化學反應）動力學的（化學反應）動力學 反應動力學是一個把反應熱力學預言變?yōu)楝F(xiàn)實，使反應實際進行的問題；它是研究化學反應的速度和各種因素對其影響的科學。 CVD反應動力學分析的基本任務是：通過實驗研究薄膜的生長速率，確定過程速率的控制機制，以便進一步調整工藝參數(shù)，獲得高質量、厚度均勻的薄膜。 反應速率反應速率是指在反應系統(tǒng)的單位體積中，物質（反應是指在反應系統(tǒng)的單位體積中，物質（反應物或產(chǎn)物）隨時間的變化率。物或產(chǎn)物）隨時間的變化率。第11頁/共54頁化學氣相沉積 Vant Hoff規(guī)則：反應溫度每升高規(guī)則：反應溫度每升高10，反應速率大約，反

8、應速率大約增加增加2-4倍。這是一個近似的經(jīng)驗規(guī)則。倍。這是一個近似的經(jīng)驗規(guī)則。溫度對反應速率的影響：溫度對反應速率的影響：式中，式中， 為有效碰撞的頻率因子，為有效碰撞的頻率因子， 為活化能。為活化能。AE Arrhenius方程：方程：RTEAe較低襯底溫度下，較低襯底溫度下， 隨溫度按指數(shù)規(guī)律變化。隨溫度按指數(shù)規(guī)律變化。較高襯底溫度下，反應物及副產(chǎn)物的擴散速率為決定反應速較高襯底溫度下，反應物及副產(chǎn)物的擴散速率為決定反應速率的主要因素。率的主要因素。第12頁/共54頁化學氣相沉積q CVD法制備薄膜過程描述（四個階段）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；）反應氣體

9、向基片表面擴散；（2）反應氣體吸附于基片表面；）反應氣體吸附于基片表面；（3）在基片表面發(fā)生化學反應；）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）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；基片表面留下不揮發(fā)的固相擴散或被抽氣系統(tǒng)抽走；基片表面留下不揮發(fā)的固相反應產(chǎn)物反應產(chǎn)物薄膜。薄膜。 CVD基本原理包括：反應化學、熱力學、動力學、輸基本原理包括：反應化學、熱力學、動力學、輸運過程、薄膜成核與生長、反應器工程等學科領域。運過程、薄膜成核與生長、反應器工程等學科領域。第13頁/共54頁化學氣相沉積 最常見的幾種最常見的幾種CVD反應類型有：反

10、應類型有：熱分解反應、化學合熱分解反應、化學合成反應、化學輸運反應成反應、化學輸運反應等。分別介紹如下。等。分別介紹如下。q 熱分解反應（吸熱反應）熱分解反應（吸熱反應）通式：通式：( )( )( )QAB gA sB g 主要問題是源物質的選擇（固相產(chǎn)物與薄膜材料相同）主要問題是源物質的選擇（固相產(chǎn)物與薄膜材料相同）和確定分解溫度。和確定分解溫度。 該方法在簡單的單溫區(qū)爐中，在真空或惰性氣體保護該方法在簡單的單溫區(qū)爐中，在真空或惰性氣體保護下加熱基體至所需溫度后，導入反應物氣體使之發(fā)生熱分下加熱基體至所需溫度后，導入反應物氣體使之發(fā)生熱分解，最后在基體上沉積出固體圖層。解，最后在基體上沉積出

11、固體圖層。第14頁/共54頁（1）氫化物）氫化物700-100042SiH Si + 2H H-H鍵能小，熱分解溫度低，產(chǎn)物無腐蝕性。鍵能小，熱分解溫度低，產(chǎn)物無腐蝕性。（2）金屬有機化合物）金屬有機化合物420373233622Al(OC H ) Al O + 6C H + 3H O M-C鍵能小于鍵能小于C-C鍵，廣泛用于沉積金屬和氧化物薄膜。鍵，廣泛用于沉積金屬和氧化物薄膜。 金屬有機化合物的分解溫度非常低，擴大了基片選擇范金屬有機化合物的分解溫度非常低，擴大了基片選擇范圍以及避免了基片變形問題。圍以及避免了基片變形問題。化學氣相沉積第15頁/共54頁化學氣相沉積（3）氫化物和金屬有機化

12、合物系統(tǒng)）氫化物和金屬有機化合物系統(tǒng)630 6753 334Ga(CH ) + AsH GaAs + 3CH 4753 224Cd(CH ) + H S CdS + 2CH 廣泛用于制備化合物半導體薄膜。廣泛用于制備化合物半導體薄膜。（4）其它氣態(tài)絡合物、復合物）其它氣態(tài)絡合物、復合物600222Pt(CO) Cl Pt + 2CO + Cl 140-2404Ni(CO) Ni + 4CO 800-100033AlClNH AlN + 3HCl 羰基化合物：羰基化合物：單氨絡合物：單氨絡合物：第16頁/共54頁化學氣相沉積q 化學合成反應化學合成反應 化學合成反應是指兩種或兩種以上的氣態(tài)反應物

13、在熱基片上發(fā)生的相互反應。 (1) 最常用的是氫氣還原鹵化物來制備各種金屬或半導最常用的是氫氣還原鹵化物來制備各種金屬或半導體薄膜；體薄膜； (2) 選用合適的氫化物、鹵化物或金屬有機化合物來制選用合適的氫化物、鹵化物或金屬有機化合物來制備各種介質薄膜。備各種介質薄膜。 化學合成反應法比熱分解法的應用范圍更加廣泛。化學合成反應法比熱分解法的應用范圍更加廣泛。 可以制備單晶、多晶和非晶薄膜。容易進行摻雜?？梢灾苽鋯尉А⒍嗑Ш头蔷П∧?。容易進行摻雜。第17頁/共54頁化學氣相沉積1150-120042SiCl + 2H Si + 4HCl325-4754222SiH + 2O SiO + 2H O

14、 4503 622322Al(CH ) + 12O Al O + 9H O + 6CO 750433423SiH + 4NH Si N + 12H 850-90043343SiCl + 4NH Si N + 12HCl 350-50042622322SiH + B H + 5O B OSiO () + 5H O 硼硅玻璃第18頁/共54頁化學氣相沉積q 化學輸運反應化學輸運反應 將薄膜物質作為源物質（無揮發(fā)性物質），借助適當?shù)臍怏w介質與之反應而形成氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物經(jīng)過化學遷移或物理輸運到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，在基片上再通過逆反應使源物質重新分解出來，這種反應過程稱為化學輸運反應。

15、設源為設源為A，輸運劑為輸運劑為B，輸運反應通式為：輸運反應通式為：xABPXBPK = (P )XBA源區(qū)源區(qū)沉積區(qū)沉積區(qū)XAB第19頁/共54頁化學氣相沉積化學輸運反應條件：化學輸運反應條件： 不能太大；不能太大； 平衡常數(shù)平衡常數(shù)KP接近于接近于1。12T = TT化學輸運反應判據(jù)：化學輸運反應判據(jù)：rG0 根據(jù)熱力學分析可以指導選擇化學反應系統(tǒng)，估計輸根據(jù)熱力學分析可以指導選擇化學反應系統(tǒng)，估計輸運溫度。運溫度。 首先確定首先確定 與溫度的關系，選擇與溫度的關系，選擇 的反應的反應體系。體系。 大于大于0的溫度的溫度T1； 小于小于0的溫度的溫度T2。 根據(jù)以上分析，確定合適的溫度梯度

16、。根據(jù)以上分析，確定合適的溫度梯度。 PlogKPlogK0PlogKPlogK第20頁/共54頁化學氣相沉積)()()()()()(222gIsZnSgIsZrgIsGe222221SZnIZrIGeI源區(qū)源區(qū)沉積區(qū)沉積區(qū)源區(qū)源區(qū)沉積區(qū)沉積區(qū)源區(qū)源區(qū)沉積區(qū)沉積區(qū)第21頁/共54頁化學氣相沉積q 優(yōu)點優(yōu)點 即可制作金屬、非金屬薄膜，又可制作多組分合金薄膜； 成膜速率高于LPE和MBE；（幾微米至幾百微米/min？） 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、結晶良好； 薄膜生長溫度低于材料的熔點； 薄膜表面平滑； 輻射損傷小。第22頁/共54頁化學氣相沉積

17、q 缺點缺點 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，盡管低于物質的熔點；溫度高于PVD技術，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。第23頁/共54頁化學氣相沉積q CVD的分類及其在微電子技術中的應用的分類及其在微電子技術中的應用第24頁/共54頁化學氣相沉積q CVD反應體系必須具備三個條件反應體系必須具備三個條件 在沉積溫度下，反應物具有足夠的蒸氣壓，并能以適當?shù)乃俣缺灰敕磻遥?反應產(chǎn)物除了形成固態(tài)薄膜物質外，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，第25頁/共54頁化學

18、氣相沉積q 開口體系開口體系CVD 包括：氣體凈化系統(tǒng)、氣體測量和控制系統(tǒng)、反應包括：氣體凈化系統(tǒng)、氣體測量和控制系統(tǒng)、反應器、尾氣處理系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)等。器、尾氣處理系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)等。 臥式：臥式：第26頁/共54頁化學氣相沉積感應加熱第27頁/共54頁化學氣相沉積 冷壁冷壁CVD：器壁和原料區(qū)都不加熱，僅基片被加熱，器壁和原料區(qū)都不加熱，僅基片被加熱，沉積區(qū)一般采用感應加熱或光輻射加熱。缺點是沉積區(qū)一般采用感應加熱或光輻射加熱。缺點是有有較大較大溫差溫差，溫度均勻性問題需特別設計來克服。溫度均勻性問題需特別設計來克服。 適合反應物在室溫下是氣體或具有較高蒸氣壓的液適合反應物在室溫下是氣體或具

19、有較高蒸氣壓的液體。體。 熱壁熱壁CVD：器壁和原料區(qū)都是加熱的，反應器壁加器壁和原料區(qū)都是加熱的，反應器壁加熱是為了防止反應物冷凝。管壁有反應物沉積，易剝落熱是為了防止反應物冷凝。管壁有反應物沉積，易剝落造成污染。造成污染。 臥式反應器特點：常壓操作；裝、卸料方便。但是薄膜的均勻性差。第28頁/共54頁開口體系開口體系CVDCVD工藝的特點工藝的特點 能連續(xù)地供氣和排氣，能連續(xù)地供氣和排氣，物料的運輸一般是靠物料的運輸一般是靠惰性氣體來實現(xiàn)的。惰性氣體來實現(xiàn)的。反應總處于非平衡狀態(tài)反應總處于非平衡狀態(tài)，而有利于形成薄膜沉積層而有利于形成薄膜沉積層（至少有一種反應產(chǎn)（至少有一種反應產(chǎn)物可連續(xù)地

20、從反應區(qū)排出）。物可連續(xù)地從反應區(qū)排出）。 在大多數(shù)情況下，開口體系是在一個大氣壓在大多數(shù)情況下，開口體系是在一個大氣壓或稍高于一個大氣壓下進行的?；蛏愿哂谝粋€大氣壓下進行的。但也可在真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)空下連續(xù)地或脈沖地供氣及不斷地抽出副產(chǎn)物。物。 開口體系的沉積工藝容易控制，工藝重現(xiàn)性開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，同一裝置可反復多次使好，工件容易取放，同一裝置可反復多次使用。用。 有立式和臥式兩種形式。有立式和臥式兩種形式。第29頁/共54頁化學氣相沉積 立式：立式：氣流垂直于基體，可使氣流以基板為中心均勻分布第30頁/共54頁化學氣

21、相沉積沉積區(qū)域為球形，基片受熱均勻，反應氣體均勻供給；產(chǎn)品的均勻性好，膜層厚度一致，質地均勻。特點？特點？第31頁/共54頁化學氣相沉積q 封閉式（閉管沉積系統(tǒng)）封閉式（閉管沉積系統(tǒng)）CVD把一定量的反應物和適當?shù)幕w分別放在反應器的兩端，抽空后充入一定的輸運氣體，然后密封，再將反應器置于雙溫區(qū)爐內(nèi)，使反應管內(nèi)形成溫度梯度。溫度梯度造成的負自由能變化是傳輸反應的推動力，所以物料從閉管的一端傳輸?shù)搅硪欢瞬⒊练e下來。在理想情況下，閉管反應器中所進行的反應其平衡常數(shù)值應接近于1。第32頁/共54頁化學氣相沉積溫度梯度2.5/cm低溫區(qū)T1=T2-13.5高溫區(qū)T2=850860第33頁/共54頁化學

22、氣相沉積 閉管法的優(yōu)點：閉管法的優(yōu)點：污染的機會少，不必連續(xù)抽氣保持污染的機會少，不必連續(xù)抽氣保持反應器內(nèi)的真空，可以沉積蒸氣壓高的物質。反應器內(nèi)的真空，可以沉積蒸氣壓高的物質。 閉管法的缺點：閉管法的缺點：材料生長速率慢，不適合大批量生材料生長速率慢，不適合大批量生長，一次性反應器，生長成本高；管內(nèi)壓力檢測困難等。長，一次性反應器，生長成本高；管內(nèi)壓力檢測困難等。 閉管法的關鍵環(huán)節(jié)：閉管法的關鍵環(huán)節(jié)：反應器材料選擇、裝料壓力計反應器材料選擇、裝料壓力計算、溫度選擇和控制等。算、溫度選擇和控制等。第34頁/共54頁化學氣相沉積q LPCVD原理原理 早期早期CVD技術以開管系統(tǒng)為主，即技術以開

23、管系統(tǒng)為主，即Atmosphere Pressure CVD (APCVD)。 近年來，近年來，CVD技術令人注目的新發(fā)展是低壓技術令人注目的新發(fā)展是低壓CVD技術，技術，即即Low Pressure CVD（LPCVD）。）。 LPCVD原理于原理于APCVD基本相同，主要差別是：基本相同，主要差別是： 低壓下氣體擴散系數(shù)增大，使氣態(tài)反應物和副產(chǎn)物的低壓下氣體擴散系數(shù)增大，使氣態(tài)反應物和副產(chǎn)物的質量傳輸速率加快，形成薄膜的反應速率增加。質量傳輸速率加快，形成薄膜的反應速率增加。第35頁/共54頁化學氣相沉積第36頁/共54頁第37頁/共54頁化學氣相沉積q LPCVD優(yōu)點優(yōu)點 （1）低氣壓下

24、氣態(tài)分子的）低氣壓下氣態(tài)分子的平均自由程增大平均自由程增大，反應裝置內(nèi)可，反應裝置內(nèi)可以快速達到濃度均一，消除了由氣相濃度梯度帶來的薄膜不均以快速達到濃度均一，消除了由氣相濃度梯度帶來的薄膜不均勻性。勻性。 （2）薄膜質量高：薄膜臺階覆蓋良好；結構完整性好；針）薄膜質量高：薄膜臺階覆蓋良好；結構完整性好；針孔較少?？纵^少。 （3）沉積速率高。沉積過程主要由表面反應速率控制，對）沉積速率高。沉積過程主要由表面反應速率控制，對溫度變化極為敏感，所以，溫度變化極為敏感，所以，LPCVD技術主要控制溫度變量。技術主要控制溫度變量。LPCVD工藝重復性優(yōu)于工藝重復性優(yōu)于APCVD。 （4）臥式）臥式LP

25、CVD裝片密度高，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低。裝片密度高，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低。第38頁/共54頁化學氣相沉積q LPCVD在微電子技術中的應用在微電子技術中的應用 廣泛用于沉積摻雜或不摻雜的氧化硅、氮化硅、多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，晶硅、硅化物薄膜，-族化合物薄膜族化合物薄膜以及鎢、鉬、鉭、以及鎢、鉬、鉭、鈦等難熔金屬薄膜。鈦等難熔金屬薄膜。第39頁/共54頁化學氣相沉積 在普通在普通CVD技術中，產(chǎn)生沉積反應所需要的能量是技術中，產(chǎn)生沉積反應所需要的能量是各種方式加熱襯底和反應氣體，因此，薄膜沉積溫度一般各種方式加熱襯底和反應氣體，因此，薄膜沉積溫度一般

26、較高（多數(shù)在較高（多數(shù)在9001000）。u 容易引起基板變形和組織上的變化，容易引起基板變形和組織上的變化， 容易降低基板材容易降低基板材料的機械性能；料的機械性能；u 基板材料與膜層材料在高溫下會相互擴散，形成某些基板材料與膜層材料在高溫下會相互擴散，形成某些脆性相，降低了兩者的結合力。脆性相，降低了兩者的結合力。第40頁/共54頁 如果能在反應室內(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，使沉積溫度降低。 這種等離子體參與的化學氣相沉積稱為等離子化學氣相沉積。用來制備化合物薄膜、非晶薄膜、外延薄膜、超導薄膜等，特別是IC技術中的表面鈍化和多層布線。等離子

27、化學氣相沉積：等離子化學氣相沉積：Plasma CVDPlasma Associated CVDPlasma Enhanced CVD這里稱這里稱PECVD第41頁/共54頁化學氣相沉積 PECVD是指利用輝光放電的物理作用來激活化學氣相沉積是指利用輝光放電的物理作用來激活化學氣相沉積反應的反應的CVD技術。它既包括了化學氣相沉積技術，又有輝光放技術。它既包括了化學氣相沉積技術，又有輝光放電的增強作用。既有熱化學反應，又有等離子體化學反應。廣泛電的增強作用。既有熱化學反應，又有等離子體化學反應。廣泛應用于微電子學、光電子學、太陽能利用等領域，應用于微電子學、光電子學、太陽能利用等領域，按照產(chǎn)生

28、輝光放電等離子方式，可以分為許多類型。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氣相沉積（DC-PCVD）射頻輝光放電等離子體化學氣相沉積（RF-PCVD）微波等離子體化學氣相沉積（MW-PCVD）電子回旋共振等離子體化學氣相沉積（ECR-PCVD）第42頁/共54頁化學氣相沉積第43頁/共54頁化學氣相沉積第44頁/共54頁化學氣相沉積第45頁/共54頁化學氣相沉積等離子體在等離子體在CVD中的作用：中的作用： 將反應物氣體分子激活成活性離子，降低反應溫度； 加速反應物在表面的擴散作用，提高成膜速率； 對基片和薄膜具有濺射清洗作用，濺射掉結合不牢的粒子，提高了薄膜

29、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。第46頁/共54頁化學氣相沉積PECVD的優(yōu)點：的優(yōu)點： 低溫成膜（300-350），對基片影響小，避免了高溫帶來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)應力小，不易產(chǎn)生裂紋； 擴大了CVD應用范圍，特別是在不同基片上制備金屬薄膜、非晶態(tài)無機薄膜、有機聚合物薄膜等； 薄膜的附著力大于普通CVD。第47頁/共54頁PECVD的缺點：的缺點：化學氣相沉積 化學反應過程十分復雜，影響薄膜質量的因素較多；化學反應過程十分復雜，影響薄膜質量的因素較多； 工作頻率、功率、壓力

30、、基板溫度、反應氣體分壓、工作頻率、功率、壓力、基板溫度、反應氣體分壓、反應器的幾何形狀、電極空間、電極材料和抽速等相互反應器的幾何形狀、電極空間、電極材料和抽速等相互影響。影響。 參數(shù)難以控制；參數(shù)難以控制； 反應機理、反應動力學、反應過程等還不十分清楚。反應機理、反應動力學、反應過程等還不十分清楚。第48頁/共54頁化學氣相沉積 （1）MOCVD 是一種利用有機金屬化合物的熱分解反應進行氣相外延是一種利用有機金屬化合物的熱分解反應進行氣相外延生長薄膜的生長薄膜的CVD技術。技術。 作為含有化合物半導體元素的原料化合物必須滿足：作為含有化合物半導體元素的原料化合物必須滿足： 常溫下穩(wěn)定且容易

31、處理常溫下穩(wěn)定且容易處理 反應的副產(chǎn)物不應妨礙晶體生長，不應污染生長層；反應的副產(chǎn)物不應妨礙晶體生長，不應污染生長層； 室溫附近應具有適當?shù)恼魵鈮菏覝馗浇鼞哂羞m當?shù)恼魵鈮旱?9頁/共54頁化學氣相沉積 滿足此條件的原材料有：金屬的烷基或芳基衍生物、烴基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、羰基化合物衍生物、乙酰丙酮基化合物、羰基化合物MOCVD的優(yōu)點：的優(yōu)點： 沉積溫度低。減少了自污染，提高了薄膜純度，有利于降低沉積溫度低。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償問題；對襯底取向要求低；空位密度和解決自補償問題；對襯底取向要求低； 沉積過程不存在刻蝕反應，沉積速率易于控制；沉積過程不存在刻蝕反應，沉積速率易于控制； 幾乎可以生長所有化合物和合金半導體；幾乎可以生長所有化合物和合金半導體； 反應裝置容易設計，生長溫度范圍較寬，易于控制，可大批反應裝置容易設計，生長溫度范圍較寬，易于控制，可大批量生產(chǎn)；