第六章-化学气相沉积必威体育精装版.ppt

6) 桶罐式CVD反应装置 对于硬质合金刀具的表面涂层常采用这一类装置，见图15，气体自上而下流过，它的优点是与合金刀具衬底的形状关系不大，各类刀具都可以同时沉积，而且容器很大，一次就可以装上千的数量。 图15 桶罐式CVD装置 6.3.3化学气相沉积合成工艺过程、工艺参数及过程控制 化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。CVD从理论上很简单，实际上，反应室中的反应是很复杂的，有很多必须考虑的因素，沉积参数的变化范围是很宽的。 反应室内的压力 晶片的温度 气体的流动速率 气体通过晶片的路程 气体的化学成份 一种气体相对于另一种气体的比率 反应的中间产品起的作用 是否需要其它反应室外的外部能量来源加速或诱发想得到的反应 沉积薄膜中的变数： 在整个晶片内厚度的均匀性和在图形上的覆盖特性（后者指跨图形台阶的覆盖） 薄膜的化学配比（化学成份和分布状态） 结晶晶向和缺陷密度等。 沉积速率也是一个重要的因素，因为它决定着反应室的产出量,高的沉积速率常常要和薄膜的高质量折中考虑。反应生成的膜不仅会沉积在晶片上，也会沉积在反应室的其他部件上，对反应室进行清洗的次数和彻底程度也是很重要的。 化学家和物理学家花大量时间研究如何制得高质量的材料，总结出了了影响化学气相沉积制备材料质量的几个主要因素： (1) 反应混合物的供应 毫无疑问，对于任何沉积体系，反应混合物的供应是决定材料质量的最重要因素之一。在材料研制过程中，总要通过实验选择最佳反应物分压及其相对比例。 (2) 沉积温度 沉积温度是最主要的工艺条件之一。温度直接影响反应系统的自由能，决定反应进行的程度和方向，不同沉积温度对涂层的显微结构及化学组成有直接的影响。由于沉积机制的不同，它对沉积物质量影响因素的程度也不同。同一反应体系在不同温度下，沉积物可以是单晶、多晶、无定形物，甚至根本不发生沉积。 (3) 衬底材料 化学气相沉积法制备无机薄膜材料，都是在一种固态基体表面（基底）上进行的。对沉积层质量来说，基体材料是一个十分关键的影响因素。涂层能与基体之间有过渡层或基体与涂层线性膨胀系数差异相对较小时，涂层与基体结合牢固。 (4) 系统内总压和气体总流速 这一因素在封管系统中往往起着重要作用。它直接影响输运速率，由此波及生长层的质量。开管系统一般在常压下进行，很少考虑总压力的影响，但也有少数情况下是在加压或减压下进行的。在真空（一至几百帕）沉积工作日益增多的情况下，他往往会改善沉积层的均匀性和附着性等。 (5) 反应系统装置的因素 反应系统的密封性、反应管和气体管道的材料以及反应管的结构形式对产品质量也有不可忽视的影响。 (6) 源材料的纯度 大量事实表明，器件质量不合格往往是由于材料问题，而材料质量又往往与源材料（包括载气）的纯度有关。 大体上可以把不同的沉积反应装置粗分为常压化学气相沉积（atmospheric pressure chemical vapor deposition，APCVD）、低压化学气相沉积（low pressure chemical vapor deposition， LPCVD）、等离子体增强化学气相沉积（plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD）、有机金属化学气相沉积（metal organic chemical vapor deposition，MOCVD）和激光化学气相沉积（laser chemical vapor deposition，LCVD）等加以简介。 1.APCVD 所谓的APCVD，顾名思义，就是在压力接近常压下进行CVD反应的一种沉积方式。 APCVD的操作压力接近1atm(101325Pa)，按照气体分子的平均自由径来推断，此时的气体分子间碰撞频率很高，是属于均匀成核的“气相反应”很容易发生，而产生微粒。因此在工业界APCVD的使用，大都集中在对微粒的忍受能力较大的工艺上，例如钝化保护处理。 2.LPCVD 低压化学气相沉积技术早在1962年Sandor等人就做了报道。 低压CVD的设计就是将反应气体在反应器内进行沉积反应时的操作能力，降低到大约100Torr(1Torr=133.332Pa)一下的一种CVD反应。 由于低压下分子平均自由程增加，气态反应剂与副产品的质量传输速度加快，从而使形成沉积薄膜材料的反应速度加快，同时气体分布的不均匀性在很短时间内可以消除，所以能生长出厚度均匀的薄膜。 3．PECVD 在低真空的条件下，利用硅烷气体、氮气（或氨气）和氧化亚氮，通过射频电场而产生辉光放电形成等离子体，以增强化学反应，从而降低沉积温度，可以在常温至350℃条件下，沉积氮化硅膜、氧