化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition)简称为CVD,被广泛应用于众多领域。这一方法的成膜原理,并非在真空容器内让成膜材料蒸发,而是从外部导入成膜材料气体,在高温容器内通过与基底发生化学反应,从而形成薄膜。这一方法包括如下表所示的分类。
【表1】CVD成膜法
热CVD使用多种气体,通过热平衡反应成膜常压热CVD 减压热CVD等离子CVD依靠等离子体的催化作用实现低温反应直流等离子体CVD 高频等离子体CVD 微波等离子体CVD光CVD利用紫外线、激光等的光解作用 |
下面对代表性工艺的概要进行说明。
(1)热CVD
热CVD的工艺如【图1】所示。成膜材料(反应物质)是使用金属氯化物等卤化物,而运输成膜材料的载气以及反应气体则是使用纯氢气,或是与氮气、烃类气体的混合气体。
例如,当生成氮化钛膜TiN时,反应物质选用四氯化钛TiCl4载气使用氢气H2,反应气体使用氮气N2。四氯化钛在常温常压下为液体,所以需要预热汽化,氢气及氮气在去除杂质后送入反应腔(处理槽)内。处理槽中保持约1000℃的温度,所以这些气体与处理物表面接触后发生如下反应并成膜。
2TiCl4 + 4H2 + N2 → 2TiN + 8HCl(1000〜1200℃) |
这一方法中,包括将处理槽内压力保持在常压下进行反应的“常压热CVD”与减压状态下(103~105Pa)进行反应的“减压热CVD”两种。