化学气相沉积课件.pptVIP

* 1. 属于低压沉积 2. 利用辉光放电等离子体来促进反应活性基因的生成。因而显著地降低薄膜的沉积温度，使原来要在高温、进行的反应过程得以在低温实现。 PECVD技术的两个特点 ： 等离子体中电子与气体分子碰撞促进气体分子的分解、化合和 激化等过程的进行来实现的 * PECVD过程发生的微观过程： 1.气体分子与等离子体中的电子碰撞，产生活性基团和离子。 2.活性基团直接扩散到衬底。 3.活性基团也可以与其他气体分子或活性基团发生相互作用，进而形成沉积所需要的化学基团。 4.沉积所需要的化学基团扩散到衬底表面。 5.气体分子也可能没有经过上述活化过程而直接扩散到衬底附近。 6.气体分子被直接排除到系统之外。 7.到达衬底表面的各种化学基团发生各种沉积反应并释放出反应产物。 PECVD装置分类（等离子体产生方式）： 1. 二极直流辉光放电PECVD 2. 射频电容或电感耦合PECVD 3. 微波辅助PECVD 一 二极直流辉光放电PECVD DC-PCVD是利用高压直流负偏压（-1～-5kV），使低压反应气体发生辉光放电产生等离子体，等离子体在电场作用下轰击工件，并在工件表面沉积成膜。 特点：直流等离子体比较简单，工件处于阴极电位，受其形状、大小的影响，使电场分布不均匀，在阴极附近压降最大，电场强度最高，正因为有这一特点，所以化学反应也集中在阴极工件表面，加强了沉积效率，避免了反应物质在器壁上的消耗。缺点是不导电的基体或薄膜不能应用。 * 二 射频电容或电感耦合PECVD 电容耦合和电感耦合 用于制备绝缘介质薄膜。 * 直流和射频二极辉光放电的缺点： 都使用电极将能量耦合到等离子体中，故电极表面会产生较高的鞘层电位，在鞘层电位作用下离子高速撞击衬底和阴极这样会对薄膜造成污染。 在功率较高、等离子体密度大的情况下，辉光放电会转变为弧光放电，损坏放电电极。 * 三 微波辅助PECVD 原理：使用波导或微波天线两种方式将微波能量耦合至CVD装置中的等离子体中。 使用的微波频率：2.45GHz（对应波长12cm） 特点：微波等离子体的特点是能量大，活性强。激发的亚稳态原子多，化学反应容易进行，是一种很有发展前途、用途广泛的新工艺。 * 原理：微波天线将微波能 量耦合至谐振腔中之后，在谐 振腔内将形成微波电场的驻波，引起谐振现象。在谐振腔中心，微波电场幅值最大。在此处的石英管中输入一定压力的反应气体，当微波电场强度超过气体击穿场强时气体放电击穿，产生相应的等离子体。在等离子体中放置衬底调节温度即可实现CVD沉积。 * 四. 激光辅助CVD装置 激光辅助CVD：采用激光作为辅助的激发手段，促进或控制CVD 过程进行的一种薄膜沉积技术。 激光特点：强度高、单色性好、方向性好 激光在CVD过程中的作用： 热作用：激光能量对于衬底的加热作用可以促进衬底表面的化学反应进行，从而达到化学气相沉积的目的。 光作用：高能量的光子可以直接促进反应物气体分子分解为活性化学基团。 * 激光辅助CVD装置的优点 ： 1. 可实现薄膜的选择性沉积，即只在需要沉积的地方，才用激光束照射衬底表面。 2. 可有效地降低衬底的温度。例：在50℃的衬底温度下也可实现SiO2薄膜的沉积。 热解 光活化 激光对衬底的作用机理 * 激光辅助CVD应用领域 ： 1 金属薄膜：利用某些金属化合物分子在光作用下的分解倾向。 2 绝缘介质膜：利用多种气体分子在光子促进作用下的化学反应。 * 五 金属有机化合物CVD装置（Metal organic chemical vapor deposition ） MOCVD： 它是利用有机金属如三甲基镓、三甲基铝等与特殊气体如砷化氢、磷化氢等，在反应器内进行化学反应，并使反应物沉积在衬底上， 而得到薄膜材料的生产技术。 工作气体：低温高挥发性的金属有机物； 工作温度：300 ℃ ～ 700℃ 应用： 高质量半导体化合物薄膜材料，如：III-V、II-VI化合物半导体材料的外延生长 高密度DRAM等多组分铁电薄膜材料； 高温超导陶瓷薄膜的制备。 特点： 成分组分控制比较好，可以大面积沉积、均匀性好、致密； 工作气体成本比较高； 使用有机金属化合物作为反应物。 * * * 第四章 化学气相沉积 (Chemical vapor deposition) 4.4 薄膜生长动力学 4.5 化学气相沉积装置 4.4 薄膜生长动力学 在CVD过程中，薄膜生长过程取决于气体与衬底间界面的相互作用，具体过程如下： 反应气体扩散通过界面层 气体分子在薄膜或衬底表面的吸附 原子表面的