化学气相沉积

化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）：

即在一定温度条件下，混合气体与基材表面相互作用，使混合气体中某些成分分解，并在基材表面上形成金属或化合物的固态膜或薄膜镀层。。

CVD的工业应用：主要用于材料表面改性，解决耐磨、抗氧化、抗腐蚀以及一些特殊的性能要求。

例如难熔化合物和氧化物的混合物、难熔金属硅化物和过渡金属铝化物。应用包括火箭喷嘴、加力燃烧室部件、返回大气层的锥体、高温燃气轮机热交换部件和陶瓷汽车发动机缸套、活塞等。开发新材料:诸如在陶瓷中加入微米的超细晶须，可使复合材料的韧性明显改善。化合物晶须可用化学气相沉积法来生产。

CVD优点 ：

（1）设备简单，操作维护方便，灵活性强，只需把原料做些改变，便可沉积制备性能各异的单一或复合镀层。

（2）适合涂镀各种复杂形状的部件，特别对涂镀带有盲孔、沟、槽的工件。

（3）涂镀层致密均匀，可以较好地控制镀层的密度、纯度、结构和晶粒度。

（4）因沉积温度高，涂镀层与基体结合强度高。

CVD与PVD法相比，从工艺上讲它最突出的不足是沉积工艺温度太高（一般900～1200℃），被处理的工件在如此高的温度下，会变形，会出现基体晶粒长大，会出现基材性能下降。

二 PACVD（PECVD）技术中等离子体的性质和特点

在PECVD技术中，等离子体的首要功能是：

产生化学活性的离子和自由基。这些离子和自由基与气相中的其他离子、原子和分子发生反应或在基体表面引起晶格损伤和化学反应，其活性物质的产额是电子密度、反应剂浓度及产额系数的函数。也就是说，活性物质的产额取决于电场强度、气体压强以及碰撞时粒子的平均自由程。由于等离子体内的反应气体因高能电子的碰撞而离解，使化学反应的激活位垒得以克服，可使反应气体的温度降低。

PECVD与常规CVD主要区别在于化学反应的热力学原理不同。在等离子体中气体分子的离解是非选择性的。所以，PECVD沉积的膜层与常规的CVD完全不一样。PECVD产生的相成分可能是非平衡的独特成分，它的形成已不再受平衡动力学的限制。

PECVD优点

（l）等离子体辅助化学气相沉积温度低。

（2）大大减少因薄膜与衬底材料热膨胀系数不匹配所产生的内应力。

（3）可提高沉积速率。这是因为多数的PECVD在辉光放电中所用的压力比较低，从而增强了反应气体与生成气体产物穿过边界层，在平流层和衬底表面之间的质量输运，同时膜层厚度的均匀性也得到改善。特别是低温沉积利于获得非晶态和微晶薄膜。

PECVD缺点

（1）在等离子体中，电子能量分布的范围宽。除电子碰撞外，其离子的碰撞和放电时产生的射线作用也可产生新的粒子。所以，等离子体CVD的反应未必是选择性的，有可能存在几种化学反应，致使反应产物难以控制。有些反应机理也难以解释清楚。所以采用等离子体CVD难以获得纯净的物质。

（2）因沉积温度低，反应过程中产生的副产物气体和其他气体的解吸进行得不彻底，经常残留沉积在膜层之中。在氨化物、碳化物、氧化物、硅化物的沉积中，很难确保它们的化学计量比。如在用此法沉积DLC膜（类金刚石）时，存在着大量的氢，对DLC膜的力学、电学、光学性能有很大影响。

（3）对某些脆弱的衬底易造成离子轰击损伤。如对Ⅲ－Ⅴ、Ⅱ－Ⅵ族化合物半导体材料。特别在离子能量超过20eV时，就特别不利。

（4）相对一般CVD而言，等离子体辅助CVD设备相对较为复杂，价格相对较高。

三 射频等离子体化学气相沉积技术

以RF辉光放电的方法产生等离子体的化学气相沉积装置，称为射频等离子CVD装置。一般射频放电有电感耦合与电容耦合两种。

1）比较普遍采用在反应室内采用平行圆板形的电容耦合方式。这种结构的电容耦合射频功率输入，可获得比较均匀的电场分布。

2）在反应室内采用对称鼠笼形的电容耦合方式，可获得比较均匀的电场分布。

3）在反应室内采用外电极型式的电容耦合方式，不易产生绝缘击穿放电问题，可获得比较均匀的电场分布。

平板形的电容耦合系统：反应室的外壳用不锈钢制作。圆板电极可选用铝合金，其直径比外壳略小。基片台为接地电极，两极间距离较小，一般仅几厘米，这与输入射频功率大小有关。一般来说，极间距只要大于离子鞘层，即暗区厚度的五倍，能保证充分放电即可。基片台可用红外加热。下电极可旋转，以便于改善膜厚的均匀。底盘上开有进气、抽气、测温等孔道。电源通常采用功率为50W至几百瓦，频率为450kHz或13.56MHz的射频电源。图4-3

在气源和气路上，由于工艺和沉积薄膜要求的不同，需选用各种不同的化学气体和反应气体。各种气体分别经由各自的流量计、流量控制器然后汇入反应室。若要稀释反应气体和沉积前需对反应室净化，则可另加两路气体，放电时可刻蚀去除电极表面等处的沾染物。