一、化学气相沉积的原理
化学气相沉积反应的物质源
1、气态物质源
如H2、N2、CH4、O2、SiH4等。这种物质源对CVD工艺技术最为方 便 ，涂层设备系统比较简单，对获得高质量涂层成分和组织十分有 利。
2、液态物质源
此物质源分两种：（1）该液态物质的蒸汽压在相当高的温度下 也很低，必须加入另一种物质与之反应生成气态物质送入沉积室，才 能参加沉积反应。(2)该液态物质源在室温或稍高一点的温度就能得 到较高的蒸汽压，满足沉积工艺技术的要求。如：TiCl4、CH3CN、 SiCl4、VCl4、BCl3。
要保证各个基体物件都能够得到充足的反应气体。（3）
生成的附加产物能够迅速离开基体表面。这样就能使
每一个基体和同一个基体各个部分的涂层厚度和性能
均匀一致。
卧式开管CVD装置
特点：具有高的生产能力，但沿气流方向存 在气体浓度、膜厚分布不均匀性问题。
立式CVD装置
特点： 膜厚均匀性好， 但不易获得高 的生产力。
视不同反应温度， 选择不同的加热方式 要领是对基片局部加热
二、化学气相沉积的工艺方法
• 3、沉积室及结构
•
沉积室有立式和卧式两种形式。设计沉积
室时首先考虑沉积室形式、制造沉积室材料、沉积室
有效容积和盛料混气结构。
•
一个好的沉积室结构在保证产量的同时还
应做到：（1）各组分气体在沉积室内均匀混合。（2）
1300～1400℃
ZrI4(g)
二、化学气相沉积的工艺方法
不同的涂层，其工艺方法一般不相同。但他们有一些共性，即每一 个CVD系统都必须具备如下功能： ①将反应气体及其稀释剂通入反应器，并能进行测量和调节； ②能为反应部位提供热量，并通过自动系统将热量反馈至加热源， 以控制涂覆温度。 ③将沉积区域内的副产品气体抽走，并能安全处理。 此外，要得到高质量的CVD膜，CVD工艺必须严格控制好几个主要参 量： ①反应器内的温度。 ②进入反应器的气体或蒸气的量与成分。 ③保温时间及气体流速。 ④低压CVD必须控制压强。
的发展，气体流量又多采用质量流量计，这种流量计测
量的控制精度高，又带计算机接口，很容易实现自动控
制。
• 2、加热方式及控制
•
CVD装置的加热方式有电阻加热、高频感应
加热、红外和激光加热等，这应根据装置结构、涂层种
类和反应方式进行选择。对大型生产设备多采用电阻加
热方式。
加热方式
1.电阻加热 2.高频感应加热 3.红外加热 4.激光加热
化学气相沉积
化学气相沉积概述
• 一、化学气相沉积的原理 • 二、化学气相沉积的工艺方法 • 三、化学气相沉积的特点与应用 • 四、 PVD和CVD两种工艺的对比 • 五、化学气相沉积的新进展
一、化学气相沉积的原理
一、化学气相沉积的原理
原理：
CVD是利用气态物质在固体表面进 行化学反应，生成固态沉积物的过程
3、固态物质源
如：AlCl3、NbCl5、TaCl5、ZrC积室中。因为 固态物质源的蒸汽压对温度十分敏感，对加热温度和载气量的控制精 度十分严格，对涂层设备设计、制造提出了更高的要求。
一、化学气相沉积的原理
一、化学气相沉积的原理
二、化学气相沉积的工艺方法
热壁CVD与冷壁CVD
反应原料可以是气体，液体，固体，后二者需要加热； 低温下会反应的原料，需隔离； 反应产物是挥发性的固体，需对反应器壁加热。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
一、化学气相沉积的原理
在CVD过程中，只有发生气相-固相交界面的反应才能 在基体上形成致密的固态薄膜。 CVD中的化学反应受到气 相与固相表面的接触催化作用，产物的析出过程也是由气 相到固相的结晶生长过程。在CVD反应中基体和气相间要 保持一定的温度差和浓度差，由二者决定的过饱和度产生 晶体生长的驱动力。
二、化学气相沉积的工艺方法
• 4、真空及废气处理
•
CVD装置大多会产生腐蚀性、挥发性气体和粉末
状副产物。这会对真空泵和环境造成很大的损害，所以
在大批量生产中，真空机组多选用水喷射泵和液体循环
真空泵，废气采用冷阱吸收和碱液中和手段，去除酸气
和有害粉尘，使尾气排放达到环保要求的标准。
二、化学气相沉积的工艺方法
在这些过程中反应最慢的一步 决定了反应的沉积速率。
一、化学气相沉积的原理
CVD化学反应原理的微观和宏观解释 1）微观方面：
反应物分子在高温下由于获得较高的能量得到 活化，内部的化学键松弛或断裂，促使新键生成从而形成 新的物质。 （2）宏观方面：
一个反应能够进行，则其反应吉布斯自由能 的变化（△G0）必为负值。可以发现，随着温度的升高， 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。并且对于同一生成物，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，因此选择合理的反应 物是在低温下获得高质量涂层的关键。
三个步骤 1.产生挥发性物质 2.将挥发性物质运到沉积区 3.挥发性物质在基体上发生 化学反应
一、化学气相沉积的原理
一、化学气相沉积的原理
化学气相沉积的反应过程
化学反应可在衬底表面或衬底表面 以外的空间进。 （1）反应气体向衬底表面扩散 （2）反应气体被吸附于衬底表面 （3）在表面进行化学反应、表面移 动、成核及膜生长 （4）生成物从表面解吸 （5）生成物在表面扩散
二、化学气相沉积的工艺方法
以沉积TiC 为例，CVD 法沉积TiC 的装置示 意于图
二、化学气相沉积的工艺方法二、化学气相沉积的工艺方法
• CVD主要性能说明
• 1、反应气体流量及输送
•
准确稳定的把各反应气体送入沉积室，对获
得高质量的涂层是非常重要的。气体流量过去多采用带
针型调节阀门的玻璃转子流量计，而现在随着工业水平
800℃～1000℃
一、化学气相沉积的原理
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一、化学气相沉积的原理
一、化学气相沉积的原理
（4）歧化反应 2GeI2﹙g﹚
Ge﹙s,g﹚+GeI4﹙g﹚
（5）合成或置换反应 SiCl4﹙g ﹚+CH4 ﹙g﹚
SiC﹙g﹚+4HCl﹙g﹚
（6）化学传输25反0～应550℃ Zr的提纯：
Zr(s)+2I2(g) Zr(s)+2I2(g) ZnSe单晶生长: