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化学气相沉积——其它CVD方法 MOCVD的主要缺点： ① 许多金属有机化合物有毒、易燃，给有机金属化合物的制备、贮存、运输和使用带来困难，必须采取严格的防护措施； ② 由于反应温度低，有些金属有机化合物在气相中就发生反应，生成固态微粒再沉积在衬底表面，形成薄膜中的杂质颗粒，破坏了膜的完整性。 化学气相沉积——其它CVD方法 (2) 光CVD 是利用光能使气体分解，增加反应气体的化学活性，促进气体之间化学反应的化学气相沉积技术。 (3) 电子回旋共振（ECR）等离子体沉积 在反应室内导入微波能和磁场，使得电子的回旋运动和微波发生共振现象。电子和气体碰撞，促进放电，从而可以在较高的真空度和较低的温度下发生反应，获得高质量的薄膜。 可在半导体基板上淀积导电薄膜，绝缘介质薄膜，钴镍合金薄膜以及氧化物高Tc超导薄膜。 化学气相沉积——思考题 CVD热力学分析的主要目的？ CVD过程自由能与反应平衡常数的过程判据？ CVD热力学基本内容？反应速率及其影响因素？ 热分解反应、化学合成反应及化学输运反应及其特点？ CVD过程的动力学环节有哪些？ CVD装置的结构主要包括哪几部分？ 什么是冷壁CVD？什么是热壁CVD？特点是什么？ 什么是开管CVD？什么是闭管CVD？特点是什么？ 什么是低压CVD和等离子CVD？ 薄膜的沉积速率为 Msi和Mg分别为Si和反应物分子的相对原子质量；ρ为Si的密度 在衬底表面处，只考虑扩散项，则 结果表明：Si薄膜的沉积速率将沿着气体的流动方向呈指数形式的下降，原因在于反应物随着距离的增加而逐渐贫化。 提高薄膜沉积均匀性的措施： （1）提高气体流速与装置的尺寸； （2）调整装置内的温度分布，从而影响扩散系数D的分布； （3）改变衬底的放置角度，客观上强制提高气体的流动速度。 在有孔、槽等凹陷的复杂形状衬底表面，薄膜沉积会发生一定程度的养分贫化现象，导致凹陷内薄膜沉积速率低于凹陷外薄膜沉积速率。CVD过程中化学基团的凝聚系数越低，薄膜对衬底的覆盖能力越好。 化学气相沉积——基本原理 CVD法制备薄膜过程（四个阶段） （1）反应气体向基片表面扩散； （2）反应气体吸附于基片表面； （3）在基片表面发生化学反应； （4）在基片表面产生的气相副产物脱离表面，向空间扩散或被抽气系统抽走；基片表面留下不挥发的固相反应产物——薄膜。 CVD基本原理包括：反应化学、热力学、动力学、输运过程、薄膜成核与生长、反应器工程等学科领域。 化学气相沉积——特点 ★ 化学气相沉积的特点 优点 即可制作金属、非金属薄膜，又可制作多组分合金薄膜； 成膜速率高，可批量制备；（几微米至几百微米/min） CVD反应可在常压或低真空进行，绕射性能好； 薄膜纯度高、致密性好、残余应力小、结晶良好； 薄膜生长温度低于材料的熔点； 薄膜表面平滑； 辐射损伤小，用于MOS半导体器件 化学气相沉积——特点 缺点 参与沉积的反应源和反应后的气体易燃、易爆或有毒，需环保措施，有时还有防腐蚀要求； 反应温度还是太高，尽管低于物质的熔点；温度高于PVD技术，应用中受到一定限制； 对基片进行局部表面镀膜时很困难，不如PVD方便。 化学气相沉积——CVD方法简介 ★ CVD方法简介 CVD反应体系必须具备三个条件 在沉积温度下，反应物具有足够高的蒸气压，并能以适当的速度被引入反应室； 反应产物除了形成固态薄膜物质外，都必须是挥发性的； 沉积薄膜和基体材料必须具有足够低的蒸气压，以保证在反应中能保持在受热的基体上，不会挥发。 化学气相沉积——CVD方法简介 开口体系CVD 包括：气体净化系统、气体测量和控制系统、反应器、尾气处理系统、抽气系统等。 卧式： 化学气相沉积——CVD方法简介 感应加热 化学气相沉积——CVD方法简介 冷壁CVD：器壁和原料区都不加热，仅基片被加热，沉积区一般采用感应加热或光辐射加热。缺点是有较大温差，温度均匀性问题需特别设计来克服。 适合反应物在室温下是气体或具有较高蒸气压的液体。 热壁CVD：器壁和原料区都是加热的，反应器壁加热是为了防止反应物冷凝。管壁有反应物沉积，易剥落造成污染。 开口体系CVD工艺的特点 能连续地供气和排气，物料的运输一般是靠惰性气体来实现的。反应总处于非平衡状态，而有利于形成薄膜沉积层（至少有一种反应产物可连续地从反应区排出）。 在大多数情况下，开口体系是在一个大气压或稍高于一个大气压下进行的。但也可在真空下连续地或脉冲地供气及不断地抽出副产物。有利于沉积厚度均匀的薄膜。 开口体系的沉积工艺容易控制，工艺重现性好，工件容易取放，同一装置