第七章气相沉积技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 72化学气相沉积(CⅴD) 化学气相沉积是利用气态物质在固体表面发生化 矿学反应,生成固态沉积物的过程。化学气相沉积的 业过程可以在常压下进行,也可以在低压下进行 米CVD技术是当前获得固态薄膜的方法之一。与物理 材气相沉积不同的是:沉积粒子来源于化合物的气相 科 科 分解反应 学在相当高的温度下,混合气体与基体的表面相互 弓作用,使混合气体中的某些成分分解,并在基体上 程 形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。 学 况
1 7.2化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积是利用气态物质在固体表面发生化 学反应，生成固态沉积物的过程。化学气相沉积的 过程可以在常压下进行，也可以在低压下进行。 CVD技术是当前获得固态薄膜的方法之一。与物理 气相沉积不同的是：沉积粒子来源于化合物的气相 分解反应。 在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互 作用，使混合气体中的某些成分分解，并在基体上 形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。 第七章 气相沉积技术
第七章气相沉积技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 化学气相沉积swf 甲国矿业大学材科科学与工程学院 2
2 化学气相沉积.swf 第七章 气相沉积技术
第七章气相沉积技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATERIALS SCIENGE& ENGINEERING 721CVD反应过程及一般原理 平在反应器内进行的CⅴD过程,其化学反应是不均 匀的,可在衬底表面或衬底表面以外的空间进行。 业衬底表面的大致过程如下: 学 (1)反应气体向衬底表面扩散。 (2)反应气体分子被吸附于衬底表面。 #(3)在表面上进行化学反应、表面移动、成核及 科 学 膜生长。 与(4)生成物从表面解吸 (5)生成物在表面扩散 学 况
3 7.2.1 CVD反应过程及一般原理 在反应器内进行的CVD过程，其化学反应是不均 匀的，可在衬底表面或衬底表面以外的空间进行。 衬底表面的大致过程如下： （1）反应气体向衬底表面扩散。 （2）反应气体分子被吸附于衬底表面。 （3）在表面上进行化学反应、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。 第七章 气相沉积技术
1)反应物的 CVD反应室 质量传输 气体传送 7)副产物的 8)副产物去除 2)薄膜先驱 解吸附作用 物反应 00副产物 排气 8 3)气体分子 路q8 扩散 5)先驱物扩散 6表面反应 连续膜 4)先驱物的 到衬底中 吸附 衬底
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第七章气相沉积技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 基本条件 沉积温度下必须有足够高的蒸汽压; 甲国矿业大学材科科学与工程学院 反应生成物除所需沉积物为固态外, 其余为气态 沉积物本身饱和蒸汽压足够低
5 • 基本条件 • 沉积温度下必须有足够高的蒸汽压； • 反应生成物除所需沉积物为固态外， 其余为气态； • 沉积物本身饱和蒸汽压足够低。 第七章 气相沉积技术
第七章气相沉积技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 722CVD反应 反应类型 化学反应 热分解反应 W(CO)6(g)—→W(s)+6C0( 甲国矿业大学材科科学与工程学院 Ni(CO)4(g)→→Ni(s)+4C0(g) SiH (g-+Si(s)+2H,(g 还原反应 WF(g)+3h,-W(s)+6HF(g) SiCL(g)+2H,-+Si(s)+4HCI(g) 置换反应 TiCl(g)+Cha (g)-+Ti(s)+4HCl(g) 氧化反应 SiH4(g)+O2(g)—Si02(s)+2H2(g)
6 7.2.2 CVD反应 第七章 气相沉积技术
沉积物金属反应物其他反应物沉积温度/℃ 压力/Pa 沉积速率/m·min-1 WF6 250~1200 0.13-101 0.1-50 WCL H, 850~1400 0.13-2.7 0.25-35 VCI 1400-2000 0.13-2.7 2.5-50 W(cO 180-600 0.013-0.13 0.1-1.2 MoF6 700~1200 2.7-46.7 1.2~30 650~1200 0.13-2.7 1.2-20 Mocks 1250-1600 1.3-2.7 2.5~20 Mo(co)6 150~600 0.013~0.13 0.1~1 ReF 400~1400 0.13-13.3 Re ReEls 800~1200 0.13-26.7 l-15 NbCs 800~1200 0.13~101 0.08-25 NbCS 1880 0.13-2.7 2.5 AbBi 5 H2 800-1200 0.13~101 0.08-25 TaCIs 800~1200 0.13~101 0.08~25 TaCIs 2000 0.13-2.7 Z Urls 1200~1600 0.13-2.7 2.5 HI HIs 1400-2000 0.13-2.7 1-2.5 N Ni(cO) 4 150-250 13.3~101 2.5-3.5 Fe(co) 150-450 13.3-101 2.5-50 1000-1200 0.13-2.7 1-2.5 C Cry 1000~1200 0.13-2.7 Tile 100~1400 0.13-2.7
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化合物类型涂层 化学混合物 沉积温度/℃ 应用 TiC TiCL L-CH-Ha 900~1000 耐磨 HIO HICkx-CH -H, 900~1000 耐磨抗腐蚀嵐氧化 900~1000 Zrc ZrCL-- H2 ZrBr-CH-H >900 耐磨/抗腐蚀氧化 SiO CH3 SiCl-Hz 100~1400 耐磨/抗腐蚀氧化 B: C BCI3-CHg-Hy 1200~1400 耐磨/抗腐蚀 碳化物 W, WF6-CHy-H 400~700 耐磨 CrC 3 CrCI,-CH-H 1000~1200 耐磨 Cr C? Cr(CO)6-CHs-H2 1000-1200 耐磨 Tac TaCIs-CI-H3 1000~1200 耐磨、导电 VCl --? 1000~1200 耐磨 NbC NbCIs-CCLy-H? 1500~1900 耐磨
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化合物类型涂层 化学混合物 沉积温度/℃ 应用 TiN TiCL-N2-H2 900~1000 耐磨 HICIx-Na-H 900-1000 耐磨、抗腐蚀凰氧化 HICIg-NH3-H3 >800 I3 SiCI-NH3-H3 1000~1400 耐磨、抗腐蚀凰化 BCI3-NH3-H 1000~1400 BN B3N3 H6-A 400-700 导电、耐磨 BF3 NH3-H 1000~1300 氮化物 Zr ZrCl-N-H2 1100-1200 ZrBr-NH3-N >800 耐磨、抗腐蚀率氧化 TaN TaCIs-N2-H, 800-1500 耐磨 AlCI3-NHy-H3 800~1200 AIN AlBrx-NH, H 800~1200 导电、耐磨 Al (CH,)3-NH,-H 00-1100 VC14-N2-H2 900-1200 耐磨 NbN NbCIe-N.H 900~1300 耐腐蚀、导电 Al O3 AlCI3-CO -H2 900~1100 耐磨、抗腐蚀凰氧化 氧化物 800-1000 TiO TiCL-H,O 25-700 耐磨、抗腐蚀、导电 25-700
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第七章气相沉积技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 723CVD的方法 以沉积TiC为例,CVD法沉积TC时将工件置于 氩气保护下,加热到1000~1050℃,然后以氩气 业作载流气体把T4和CH4气带入炉内反应器中, 米使TCL中的钛与CH中的碳(以及钢件表面的碳) 化合,形成碳化钛。反应的副产物则被气流带出 室外。 科 学 与 程 学 10 况
10 7.2.3 CVD的方法 以沉积TiC为例，CVD法沉积TiC时将工件置于 氩气保护下，加热到 1000～1050℃，然后以氩气 作载流气体把TiCl4和CH4气带入炉内反应器中， 使TiCl4中的钛与CH4中的碳（以及钢件表面的碳） 化合，形成碳化钛。反应的副产物则被气流带出 室外。 第七章 气相沉积技术