cvd化學(xué)氣相淀積ppt課件(已修改)
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【正文】 2022/6/2 1 化學(xué)氣相淀積定義： 指使一種或數(shù)種物質(zhì)的氣體，以某種方式激活后，在襯底發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并淀積出所需固體薄膜的生長技術(shù)。其英文原名為 “ Chemical Vapour Deposition”， 簡稱為 “ CVD”。 本章主要內(nèi)容： CVD薄膜的動(dòng)力學(xué)模型、常用系統(tǒng)及制備常用薄膜的工藝。 第六章 化學(xué)氣相淀積 2022/6/2 2 （ 1） CVD成膜溫度遠(yuǎn)低于體材料的熔點(diǎn)或軟點(diǎn)。因此減輕了襯底片的熱形變，減少了玷污，抑制了缺陷生成 。 設(shè)備簡單，重復(fù)性好； （ 2）薄膜的成分精確可控、配比范圍大； （ 3）淀積速率一般高于 PVD（ 物理氣相淀積，如蒸發(fā)、濺射等）；厚度范圍廣，由幾百埃至數(shù)毫米。且能大量生產(chǎn)； （ 4）淀積膜結(jié)構(gòu)完整、致密，與襯底粘附性好。 CVD工藝特點(diǎn)： 2022/6/2 3 CVD模型 CVD的基本過程 圖 反應(yīng)劑氣體 → 反應(yīng)室內(nèi)（主氣流區(qū)） → 通過邊界層到達(dá)襯底表面（擴(kuò)散方式） → 成為吸附原子 → 在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，淀積成薄膜。 ? 在淀積溫度下，反應(yīng)劑必須具備足夠高蒸汽壓。 ? 除淀積物外，反應(yīng)的其他產(chǎn)物必須是揮發(fā)性的。 ? 淀積物具有足夠低的蒸汽壓。 ? 薄膜淀積所用時(shí)間盡量短。 ? 淀積溫度足夠低 ? 化學(xué)反應(yīng)的氣態(tài)副產(chǎn)物不能進(jìn)入薄膜中。 ? 化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在被加熱的襯底表面。 2022/6/2 4 3. CVD的激活能來源：熱能、光能、等離子體、激光等。 邊界層理論 氣 體 的 黏 滯 性硅 片 表 面或 側(cè) 壁氣 流存 在 摩 擦 力緊 貼 處有 一 定距 離 處氣 流 速 度 = 0氣 流 速 度 = U m硅 片 表 面 附 近 存 在 氣 流速 度 受 到 擾 動(dòng) 的 薄 層氣 流 速 度變 化 很 大垂 直 氣 流 方 向流 速 為 拋 物線 型 變 化沿 主 氣 流 方 向沒 有 速 度 梯 度泊 松 流存 在 很 大 的速 度 梯 度存 在 反 應(yīng) 劑的 濃 度 梯 度反 應(yīng) 劑濃 度 ↓邊 界 層（ 主 氣 流 速 度 ）2022/6/2 5 邊界層 ：指速度受到擾動(dòng)并按拋物線型變化、同時(shí)還存在反應(yīng)劑濃度梯度的薄層。也稱為附面層、滯流層等。 δ (x)：從速度為零的硅片表面到氣流速度為。 ：圖 定義從氣流遇到平板邊界時(shí)為坐標(biāo)原點(diǎn)，則有 δ (x)=（ μ x/ρ U） 1/2 μ 氣體的黏滯系數(shù)。 ρ 氣體的密度 2022/6/2 6 邊界層的平均厚度 δ =L1∫L0δ ( x ) d x=L32ρ U Lμ()1 / 2δ =2 L / ( 3R e )或R e = ρ U L / μ其 中Re— 氣體的雷諾數(shù)，表示流體運(yùn)動(dòng)中慣性效應(yīng)與黏滯效應(yīng)的比。無量綱數(shù)。 Re﹤ 2022，氣流為平流型 —反應(yīng)室中沿各表面附近的氣體流速足夠慢。 Re﹥ 2022，為湍流。 2022/6/2 7 Grove模型 CVD過程主要受兩步工藝過程控制： ① 氣相輸運(yùn)過程； ② 表面化學(xué)反應(yīng)過程。 Grove模型認(rèn)為控制薄膜淀積速率的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)： ① 反應(yīng)劑在邊界層的輸運(yùn)過程； ② 反應(yīng)劑在襯底表面上的化學(xué)反應(yīng)過程。 Grove模型 Grove模型的基本原理 圖 2022/6/2 8 薄膜淀積過程存在兩種極限情況： ① hg﹥﹥k s， Cs趨向于 Cg，淀積速率受表面化學(xué)反應(yīng)速率控制。反應(yīng)劑數(shù)量：主氣流輸運(yùn)到硅片表面的 ﹥ 表面化學(xué)反應(yīng)所需要的 ② hg﹤﹤k s， Cs趨于 0，淀積速率受質(zhì)量輸運(yùn)速率控制。反應(yīng)劑數(shù)量：表面化學(xué)反應(yīng)所需要的 ﹥ 主氣流輸運(yùn)到硅片表面的 氣 體 薄 膜F2F1CgCsF 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 通 過 單 位 面 積 的 原 子 或 分 子 數(shù)（ 原 子 或 分 子 / c m2s e c ）F1 主 氣 流 到 襯 底 表 面 的 反 應(yīng) 劑 流 密 度F2 反 應(yīng) 劑 在 表 面 反 應(yīng) 后 淀 積 成 固 態(tài) 薄 膜 的 的 流 密 度F1= hg( Cg Cs)F2= ksCshg 氣 相 質(zhì) 量 輸 運(yùn) 系 數(shù)ks 表 面 化 學(xué)
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