化学气相沉积(CVD)技术及应用课件

化学气相沉积化学气相沉积（CVD）技术技术及应用及应用化学气相沉积（CVD）技术及应用概概 要要u CVD的基本原理的基本原理u CVD技术的分类技术的分类u CVD技术的应用技术的应用概 要 CVD的基本原理一一.CVD的基本原理的基本原理Chemical Vapor Deposition:由气态原料通过在高温空间或由气态原料通过在高温空间或活性化空间发生化学反应活性化空间发生化学反应,生生成固体薄膜的沉积过程。成固体薄膜的沉积过程。田民波.薄膜技术与薄膜材料M.北京：清华大学出版社，2006年,543-594一.CVD的基本原理Chemical Vapor DepoCVD技术的优点技术的优点可制备致密、高纯度材料可制备致密、高纯度材料沉积速率高，再现性好，结合力强沉积速率高，再现性好，结合力强可在复杂表面连续成膜可在复杂表面连续成膜可控制膜的晶体结构和表面形貌可控制膜的晶体结构和表面形貌成膜材料广成膜材料广CVD技术的优点可制备致密、高纯度材料CVD技术的缺点技术的缺点有毒、腐蚀性及易燃易爆性气体的使用有毒、腐蚀性及易燃易爆性气体的使用使用多元前驱物时，难以准确控制膜的组成使用多元前驱物时，难以准确控制膜的组成真空设备成本高真空设备成本高CVD技术的缺点有毒、腐蚀性及易燃易爆性气体的使用二二.CVD技术的分类技术的分类常压CVD低压CVD热 CVD等离子体CVD光 CVD金属CVD等其他类型t提高均匀性和效率降低减小膜层损伤实现平坦化开发新材料反应温度二.CVD技术的分类常压CVD低压CVD热 CVD等离子体热热CVD常压常压CVD 初始技术初始技术低压低压CVD 提高膜厚均匀性，提高生产效率，是当前工业提高膜厚均匀性，提高生产效率，是当前工业应用的主要形式。应用的主要形式。热CVD常压CVD热热CVD装置系统图装置系统图基板进出MFCMFCMFC纯化纯化T2 T1 真空泵反应室 基板（硅圆片）加热器 排气处理装置 废气排放（或储存）气 瓶气 瓶气 瓶液体气源吹泡器载带气体 源气体置换气体热CVD装置系统图基板进出MFCMFCMFC纯化纯化T2 T热热CVD法成膜原理法成膜原理原料气体排气基板表面反应沉积吸附抽取脱离热分解化学反应二次生成物未反应气体基板加热（辐射，热传导，感应加热等）成膜过程成膜过程:1.1.反应气体被基体表面吸附反应气体被基体表面吸附;2.2.反应气体向基体表面扩散反应气体向基体表面扩散;3.3.在基体表面发生反应在基体表面发生反应;4.4.气体副产品通过基体表面气体副产品通过基体表面 扩散而脱离表面扩散而脱离表面.热CVD法成膜原理原料气体排气基板表面反应沉积吸附抽取脱离热热热CVD的优、缺点的优、缺点成膜材料广，速度快成膜材料广，速度快镀膜绕射性好，可处理形状复杂工件镀膜绕射性好，可处理形状复杂工件镀膜附着力强镀膜附着力强可获得平滑表面可获得平滑表面反应温度高（反应温度高（10001000），部分基体材料经不住），部分基体材料经不住高温，用途受限。高温，用途受限。K.L.Choy,Prog.MaterSci48(2003)57-170热CVD的优、缺点成膜材料广，速度快K.L.Choy,Pr等离子体等离子体CVD进一步降低反应温度，减少热损伤进一步降低反应温度，减少热损伤相比于热相比于热CVD的优势：的优势：在更低温度下成膜，扩大了应用范围在更低温度下成膜，扩大了应用范围热过程难以成膜的慢反应，也可以成膜热过程难以成膜的慢反应，也可以成膜热解温度不同的物质，可按不同组成比例合成热解温度不同的物质，可按不同组成比例合成等离子体CVD进一步降低反应温度，减少热损伤光光CVD仅直接激发分解所必需的内部自由度，赋予仅直接激发分解所必需的内部自由度，赋予其激活能其激活能低温下无损伤制备薄膜低温下无损伤制备薄膜光的聚焦及扫描可直接描绘细线或刻蚀光的聚焦及扫描可直接描绘细线或刻蚀光CVD仅直接激发分解所必需的内部自由度，赋予其激活能三.CVD技术的应用切削工具切削工具半导体半导体其他其他三.CVD技术的应用切削工具CVD的应用切削工具的应用切削工具“刀具革命刀具革命”，使用寿命延长，使用寿命延长210倍，切削速度倍，切削速度提高提高20100%TiN抗粘附能力强，是使用最广泛的刀具涂层抗粘附能力强，是使用最广泛的刀具涂层复合涂层：如复合涂层：如TiC-TiN、TiC-Al2O3等，改善结等，改善结合强度、韧性和耐磨性，提高使用性能合强度、韧性和耐磨性，提高使用性能CVD的应用切削工具“刀具革命”，使用寿命延长210倍，CVD的应用切削工具的应用切削工具 类金刚石薄膜：类金刚石薄膜：理想的刀具材料，理想的刀具材料，国内外研究热点，已国内外研究热点，已经有相关产品。经有相关产品。胡如夫,孙方宏，制造工艺与制造技术，1（2007）74-76CVD的应用切削工具 类金刚石薄膜：胡如夫,孙方宏，CVD的应用半导体的应用半导体LSI（large scale integrated circuit）大规模集成电路大规模集成电路多层布线的层间绝多层布线的层间绝缘膜，金属布线，缘膜，金属布线，电阻及散热材料等电阻及散热材料等Y.Akasaka,ThinSolidFilms,inpressCVD的应用半导体LSI（large scale inteCVD的应用半导体的应用半导体低介电常数薄膜低介电常数薄膜布线间绝缘用的布线间绝缘用的SiO2系薄膜系薄膜(F的加入的加入)微小电容器微小电容器铁电体的铁电体的CVD，良好的台阶涂敷，良好的台阶涂敷，适合微细加工，保证高介电常数适合微细加工，保证高介电常数高容量电容高容量电容半球形晶粒多晶半球形晶粒多晶Si-CVDCVD的应用半导体低介电常数薄膜布线间绝缘用的SiO2系对高密度对高密度LSI的超微细孔（连接孔或通孔）进行的超微细孔（连接孔或通孔）进行处理处理金属金属CVD，膜层纯度高，深孔埋入和孔，膜层纯度高，深孔埋入和孔底涂敷效果好底涂敷效果好高纯度单晶高纯度单晶有机金属有机金属CVDCVD的应用半导体的应用半导体对高密度LSI的超微细孔（连接孔或通孔）进行处理金属CVDCVD的其他应用的其他应用TFT（thin film transistor,薄膜晶薄膜晶体管）体管）大面积且性能一致的低成本薄膜大面积且性能一致的低成本薄膜PCVD温度低，适合连续化生产温度低，适合连续化生产S.M.Han,J.H.Park,S.G.Parketal.,ThinSolidFilms,515(2007)7442-7445CVD的其他应用TFT（thin film transist模模 具具材料成型会产生高机械应力和物理应力材料成型会产生高机械应力和物理应力TiC和和TiN涂层硬度高，耐磨，有弹性，有一定涂层硬度高，耐磨，有弹性，有一定润滑能力，与基体结合力好，可大幅度提高模具润滑能力，与基体结合力好，可大幅度提高模具寿命寿命如：如：Cr12MoV钢模具钢模具CVD涂覆涂覆TiN后寿命提高后寿命提高20倍倍王豫，水恒勇，热处理，16（2001）1-4模 具材料成型会产生高机械应力和物理应力王豫，水恒勇，热处理