真空沉积技术.pptVIP

三种物理气相沉积技术与电镀的比较 第九章 真空沉积技术 1. 物理气相沉积 1.1 真空蒸发镀膜原理及其基本过程 1.2 溅射镀膜 1.3 离子镀膜 2. 化学气相沉积 2.1 化学气相沉积的一般原理 2.2 化学气相沉积技术 2.3 化学气相沉积技术的应用 化学气相沉积是利用气态化合物或化合物的混合物在基体受热面上发生化学反应，从而在基体表面上生成不挥发的涂层。 化学气相沉积(CVD) CVD技术的优点： ? 沉积层纯度高， ? 沉积层与基体的结合力强， ? 可以沉积各种单晶、多晶或非晶态无机薄膜材料， ? 设备简单，操作方便，工艺上重现性好，适用于批量生 产和成本低廉。 缺点：由于CVD技术是热力学条件决定的热化学过程，一般反应温度多在1000?C以上，因此限制了这一技术的应用范围。 第九章 真空沉积技术 1. 物理气相沉积 1.1 真空蒸发镀膜原理及其基本过程 1.2 溅射镀膜 1.3 离子镀膜 2. 化学气相沉积 2.1 化学气相沉积的一般原理 2.2 化学气相沉积技术 2.3 化学气相沉积技术的应用 CVD技术包括 产生挥发性运载化合物 把挥发性化合物运到沉积区 发生化学反应形成固态产物 由此可见，VCD反应必须满足的三个挥发性条件： ? 反应物必须具有足够高的蒸气压，要保证能以适当的速度被引入 反应室； ? 除了涂层物质之外的其它反应产物必须是挥发性的； ? 沉积物本身必须有足够低的蒸气压，以使其在反应期间能保持在 受热基体上。 对CVD技术的热力学分析 600 800 1000 1200 1 2 3 4 5 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 ?G0(KJ/mol) 温度T(?K) 几种生成TiN的CVD反应 的?G0 ? T图 1. 2. 3. 4. 5. 图中各条线对应的反应 由上图可见， ? 随着温度升高，有关反应的?G0值是下降的，因此升温有利于反应的自发进行。 ? 在同一温度下，TiCl4与NH3反应(线4)的值比TiCl4与N2、H2反应(线1)的值小。这说明对同一种生成物(如TiN)来说，采用不同的反应物进行不同的化学反应，其温度条件是不同的。 化学气相沉积的原理 因此，寻求新的反应物质，试图在较低的温度下生成性能较好的TiC、TiN之类的涂层是可行的。 600 800 1000 1200 1 2 3 4 5 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 ?G0(KJ/mol) 温度T(?K) 最近，已开发了以有机碳氮化合物(如氰甲烷CH3CN)为C、N的载体，与四氯化钛及氢之间产生如下化学反应，在工件表面涂覆Ti(CN)的方法。 该反应在700?900?C进行，因此称为中温CVD(MT-CVD)。 2TiCl4 + 2R?(CN) + 3H2 ? 2Ti(CN) + 6HCl + 2R?Cl 化学气相沉积的反应 热分解反应 热分解法一般在简单的单温区炉中，在真空或惰性气体保护下加热基体至所需要温度后，导入反应物气体使之发生热分解，最后在基体上沉积出固相涂层。 热分解法已用于制备金属、半导体和绝缘体等各种材料。这类反应体系的主要问题是源物质与热解温度的选择。在选择源物质时，既要考虑其蒸汽压与温度的关系，又要特别注意在不同热解温度下的分解产物中固相仅为所需要的沉积物质，而没有其它的夹杂物。 目前用于热分解反应的化合物有以下几种。 (1) 氢化物 由于氢化物H—H键的离解能、键能都比较小，所以热分解温度低，唯一的副产物是没有腐蚀性的氢气。例如： 800?1000?C SiH4 ?? Si + 2H2 (2) 金属有机化合物 金属的烷基化合物，其M—C键能一般小于C—C键能，可广泛用于沉积高附着性的金属膜和氧化物膜。例如： 420?C 2Al(OC3H7)3 ?? Al2O3 + 6C3H6? + 3H2O 利用金属有机化合物可使化学气相沉积的温度大大降低 热分解反应 (3) 氢化物和金属有机化合物体系 利用这类热解体系可在各种半导体或绝缘体基体上制备化合物半导体膜。例如：