化学气相沉积

化学气相沉积第三章根本概念化学气相沉积开展历程化学气相沉积根本原理化学气相沉积合成方法的适用范围化学气相沉积工艺及设备化学气相沉积工艺参数化学气相沉积方法应用举例目录2基本概念3化学气相沉积乃是通过化学反响的方式，利用加热、等离子鼓励或光辐射等各种能源，在反响器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反响形成固态沉积物的技术。从气相中析出的固体的形态主要有以下几种：在固体外表上生成薄膜、晶须和晶粒在气体中生成粒子4CVD技术的根本要求为适应CVD技术的需要，选择原料、产物及反响类型等通常应满足以下几点根本要求：(1)反响剂在室温或不太高的温度下最好是气态或有较高的蒸气压而易于挥发成蒸汽的液态或固态物质，且有很高的纯度；(2)通过沉积反响易于生成所需要的材料沉积物，而其他副产物均易挥发而留在气相排出或易于别离；(3)反响易于控制。5CVD技术的特点CVD技术是原料气或蒸汽通过气相反响沉积出固态物质，因此把CVD技术用于无机合成和材料制备时具有以下特点：〔1〕沉积反响如在气固界面上发生那么沉积物将按照原有固态基底〔又称衬底〕的形状包覆一层薄膜。〔2〕涂层的化学成分可以随气相组成的改变而改变从而获得梯度沉积物或得到混合镀层。6〔3〕采用某种基底材料，沉积物到达一定厚度以后又容易与基底别离，这样就可以得到各种特定形状的游离沉积物器具。〔4〕在CVD技术中也可以沉积生成晶体或细粉状物质，或者使沉积反响发生在气相中而不是在基底外表上，这样得到的无机合成物质可以是很细的粉末，甚至是纳米尺度的微粒称为纳米超细粉末。〔5〕CVD工艺是在较低压力和温度下进行的，不仅用来增密炭基材料，还可增强材料断裂强度和抗震性能，且是在较低压力和温度下进行的。7CVD技术的分类CVD技术低压CVD（LPCVD）常压CVD（APCVD））亚常压CVD(SACVD)超高真空CVD(UHCVD)等离子体增强CVD(PECVD)高密度等离子体CVD(HDPCVD快热CVD(RTCVD)金属有机物CVD(MOCVDCVD技术根据反响类型或者压力可分为8常用三种CVD技术优缺点沉积方式优点缺点APCVD反应器结构简单沉积速率快低温沉积阶梯覆盖能差粒子污染LPCVD高纯度阶梯覆盖能力极佳产量高适合于大规模生产高温沉积低沉积速率PECVD低温制程高沉积速率阶梯覆盖性好化学污染粒子污染(1)常压化学气相沉积、(2)低压化学气相沉积、(3)等离子体增强化学气相沉积。常用的CVD技术有9化学气相沉积发展10古人类在取暖或烧烤时在岩洞壁或岩石上的黑色碳层20世纪50年代主要用于道具涂层80年代低压CVD成膜技术成为研究热潮近年来PECVD、LCVD等高速发展20世纪60-70年代用于集成电路11化学气相沉积法原理12CVD是一种材料外表改性技术。它利用气相间的反响，在不改变基体材料的成分和不削弱的基体材料的强度条件下，赋予材料外表一些特殊的性能。CVD是建立在化学反响根底上的，要制备特定性能材料首先要选定一个合理的沉积反响。用于CVD技术的通常有如下所述五种反响类型。1.CVD技术的反响原理13热分解反响氧化复原反响化学合成反响化学输运反响等离子增强反响其他能源增强增强反响14(1)热分解反响热分解反响是最简单的沉积反响，利用热分解反响沉积材料一般在简单的单温区炉中进行，其过程通常是首先在真空或惰性气氛下将衬底加热到一定温度，然后导入反响气态源物质使之发生热分解，最后在衬底上沉积出所需的固态材料。热分解发可应用于制备金属、半导体以及绝缘材料等。最常见的热分解反响有四种。〔a〕氢化物分解〔b〕金属有机化合物的热分解〔c〕氢化物和金属有机化合物体系的热分解〔d〕其他气态络合物及复合物的热分解15(2)氧化复原反响沉积一些元素的氢化物有机烷基化合物常常是气态的或者是易于挥发的液体或固体，便于使用在CVD技术中。如果同时通入氧气，在反响器中发生氧化反响时就沉积出相应于该元素的氧化物薄膜。例如：16许多金属和半导体的卤化物是气体化合物或具有较高的蒸气压，很适合作为化学气相沉积的原料，要得到相应的该元素薄膜就常常需采用氢复原的方法。氢复原法是制取高纯度金属膜的好方法，工艺温度较低，操作简单，因此有很大的实用价值。例如：17(3)化学合成反响沉积化学合成反响沉积是由两种或两种以上的反响原料气在沉积反响器中相互作用合成得到所需要的无机薄膜或其它材料形式的方法。这种方法是化学气相沉积中使用最普遍的一种方法。与热分解法比，化学合成反响沉积的应用更为广泛。因为可用于热分解沉积的化合物并不很多，而无机材料原那么上都可以通过适宜的反响合成得到。18(4)化学输运反响沉积把所需要沉积的物质作为源物质，使之与适当的气体介质发生反响并形成一种气态化合物。这种气态化合物经化学迁移或物理载带而输运到与源区温度不同的沉积区，再发生逆向反响生成源物质而沉积出来。这样的沉积过程称为化学输运反响沉积。其中的气体介质成为输运剂，所形成的气态化合物称为输运形式。这类反响中有一些物质本身在高温下会汽化分解然后在沉积反响器稍冷的地方反响沉积生成薄膜、晶体或粉末等形式的产物。HgS就属于这一类，具体反响可以写成：也有些原料物质本身不容易发生分解，而需添加另一种物质〔称为输运剂〕来促进输运中间气态产物的生成。19(5)等离子体增强的反响沉积在低真空条件下，利用直流电压〔DC〕、交流电压〔AC〕、射频〔RF〕、微波〔MW〕或电子盘旋共振〔ECR〕等方法实现气体辉光放电在沉积反响器中产生等离子体。由于等离子体中正离子、电子和中性反响分子相互碰撞，可以大大降消沉积温度，例如硅烷和氨气的反响在通常条件下，约在850℃左右反响并沉积氮化硅，但在等离子体增强反响的条件下，只需在350℃左右就可以生成氮化硅。20一些常用的PECVD反响有：21(6)其他能源增强反响沉积随着高新技术的开展，采用激光增强化学气相沉积也是常用的一种方法。例如：通常这一反响发生在300℃左右的衬底外表。采用激光束平行于衬底外表，激光束与衬底外表距离约1mm，结果处于室温的衬底外表上就会沉积出一层光亮的钨膜。其他各种能源例如利用火焰燃烧法，或热丝法都可以实现增强反响沉积的目的。222.CVD技术的热动力学原理——热力学化学气相沉积是把含有构成薄膜元素的气态反响剂的蒸汽及反响所需其它气体引入反响室，在衬底外表发生化学反响，并把固体产物沉积到外表生成薄膜的过程。不同物质状态的边界层对CVD沉积至关重要。所谓边界层，就是流体及物体外表因流速、浓度、温度差距所形成的中间过渡范围。23〔1〕CVD反响根本过程图显示一个典型的CVD反响的反响结构分解。首先，参与反响的反响气体，将从反响器的主气流里，借着反响气体在主气流及基片外表间的浓度差，以扩散的方式，经过边界层传递到基片的外表，这些到达基片的外表的反响气体分子，有一局部将被吸附在基片的外表上图〔b〕。当参与反响的反响物在外表相会后，借着基片外表所提供的能量，沉积反响的动作将发生，这包括前面所提及的化学反响，及产生的生成物在基片外表的运动〔及外表迁移〕，将从基片的外表上吸解，并进入边界层，最后流入主体气流里，如图3.1(d)。这些参与反响的反响物及生成物，将一起被CVD设备里的抽气装置或真空系统所抽离，如图〔e〕。24化学气相沉积的五个主要的机构(a)反响物已扩散通过界面边界层；(b)反响物吸附在基片的外表；(c)化学沉积反响发生；(d)局部生成物已扩散通过界面边界层；(e)生成物与反响物进入主气流里，并离开系统CVD反响是由这五个主要步骤所构成的。因为进行这五个的发生顺序成串联，因此CVD反响的速率取决于步骤，将由这五个步骤里面最慢的一个来决定25以化学工程的角度来看，任何流体的传递或输送现象，都会涉及到热能的传递、动量的传递及质量的传递等三大传递现象。〔2〕.输送现象26——热能传递主要有传导、对流、辐射三种方式热传导方式来进行基片加热的装置单位面积能量传递=热传导是固体中热传递的主要方式，是将基片置于经加热的晶座上面，借着能量在热导体间的传导，来到达基片加热的目的

〔a〕热能的传递其中：kc为基片的热传导系数，△T为基片与加热器外表间的温度差，△X那么近似于基片的厚度。传导传热27单位面积的能量辐射=Er=hr〔Ts1-Ts2〕物体因自身温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热辐射。利用热源的热辐射来加热，是另一种常用的方法.辐射传热其中：hr为“辐射热传系数〞；Ts1与Ts2那么分别为辐射热原及被辐射物体外表的温度。28对流是第三种常见的传热方式，流体通过自身各部的宏观流动实现热量传递的过程。它主要是借着流体的流动而产生。依不同的流体流动方式，对流可以区分为强制对流及自然对流两种。前者是当流体因内部的“压力梯度〞而形成的流动所产生的；后者那么是来自流体因温度或浓度所产生的密度差所导致的。单位面积的能量对流=Ecov=hc〔Ts1-Ts2〕其中：hc即为“对流热传系数〞对流传热29两种常见的流体流动方式

〔b〕动量的传递流速与流向均平顺者称为“层流〞；流动过程中产生扰动等不均匀现象的流动形式，那么称为“湍流〞。30在流体力学上，人们习惯以所谓的“雷诺数〞，来作为流体以何种方式进行流动的评估依据。它估算的方式如下式所示

其中d为流体流经的管径，ρ为流体的密度，ν为流体的流速，而μ那么为流体的粘度。根本上，CVD工艺并不希望反响气体以湍流的形式流动，因为湍流会扬起反响室内的微粒或微尘，使沉积薄膜的品质受到影响。31体流经固定外表时所形成的边界层δ及δ与移动方向x之间的关系边界层的厚度δ，与反响器的设计及流体的流速有关如图显示一个简易的水平式CVD反响装置的概念图。其中被沉积的基片平放在水平的基座上，而参与反响的气体，那么以层流的形式，平行的流经基片的外表。假设流体在晶座及基片外表的流速为零，那么流体及基片〔或晶座〕外表将有一个流速梯度存在在，这个区域便是边界层。x为流体在固体表顺着流动方向移动得距离面。32也就是说，当流体流经一固体外表时，图中的主气流与固体外表〔或基片〕之间将有一个流速从零增到ν0的过渡区域存在，即边界层。这个边界层的厚度，与雷诺数倒数的平方根成正比，且随着流体在固体外表的移动而展开。CVD反响所需要的反响气体，便必须通过这个边界层以到达基片的外表。而且，反响的生成气体或未反响的反响物，也必须通过边界层已进入主气流内，以便随着主气流经CVD的抽气系统而排出。33〔c〕质量的传递如上所述，反响气体或生成物通过边界层，是以扩散的方式来进行的，而使气体分子进行扩散的驱动力，那么是来自于气体分子局部的浓度梯度。342.CVD技术的热动力学原理——动力学显示以TEOS为反响气体的CVDSiO2沉积的沉积速率与温度之间的关系曲线根本上CVDSiO2的沉积速率，将随着温度的上升而增加。但当温度超过某一个范围之后，温度对沉积速率的影响将变得缓慢且不明显35CVD反响的进行，涉及到能量、动量、及质量的传递。反响气体是借着扩散效应，来通过主气流与基片之间的边界层，以便将反响气体传递到基片的外表。接着因能量传递而受热的基片，将提供反响气体足够的能量以进行化学反响，并生成固态的沉积物以及其他气态的副产物。前者便成为沉积薄膜的一局部；后者将同样利用扩散效应来通过边界层并进入主气流里。至于主气流的基片上方的分布，那么主要是与气体的动量传递相关。36CVD反响物从主气流里往基片外表扩散时反响物在边界层两端所形成的浓度梯度37因为这几个在前面所提及的反响步骤，彼此是相互串联的，所以CVD反响的反响速率决定步骤，便取决于这几个步骤里面最慢的一项。其中最值得注意的是反响气体的扩散。由上图知道，反响气体通过边界层的步骤，可以用式下式来表示。假设这个气体流量为F1，而气体分子在基片外表进行化学反响所消耗的数量，以F2来代表。那么这个流量可以写为F2=KrCs式中，Kr为沉积反响的反响速率常数；Cs那么是反响气体在基片外表的浓度。38当沉积反响到达平衡时，F1=F2。经整理，当CVD反响打稳定状态时，Cs可以用下式来表示

39这两个雪木数的极端情况告诉说明，当扩散速率比化学反响还来得快得多时，基片外表的气体密度Cs，将趋近于主气流里的气体密度Cg，如以下图〔a〕所示；反之，当外表的化学反响较扩散还快很多时，因为扩散速率缺乏以提供足量的反响气体供沉积反响进行，基片外表的气体密度Cs将趋近于零，如以下图8(b)。Sh称为雪木数〔sherwoodnumber。当Sh<<1，或〔D/δ〕>>Kr时，那么Cg≈Cs；反之，当Sh>>1或〔D/δ〕<<Kr时，那么Cs≈0。40(a)CVD反响为外表反响限制时和(b)当CVD反响为扩散限制时，反响气体从主气流里经边界层往基片外表扩散的情形Sh1所发生的情形，决于CVD反响的速率，所以称为“外表反响限制〞Sh1所发生的情形，因涉及气体扩散的能力，故称为“扩散限制〞，或“质传限制〞41因此，CVD反响的沉积速率及温度的控制到底应该在哪一个范围之内，所应考虑的参数及情况，将比这里所提及的还要繁琐一些。经以上的说明，可以将CVD的原理简单的归纳如下：(1)CVD沉积反响是由5个相串联的步骤所形成的。其速率的快慢取决于其中最慢的一项，主要是反响物的扩散及CVD的化学反响。(2)一般而言，当反响温度较低时，CVD将为外表反响限制所决定；当温度较高时，那么为扩散限制所控制〔但并不是绝对的〕。(a)反响物已扩散通过界面边界层；(b)反响物吸附在基片的外表；(c)化学沉积反响发生；(d)局部生成物已扩散通过界面边界层；(e)生成物与反响物进入主气流里，并离开系统。42化学气相沉积43化学气相沉积作为20世纪60年代初前后迅速开展起来的一种无机材料制备技术，由于设备简单，本钱低廉，因而广泛用于高纯物质的制备、合成新晶体及沉积多种单晶态、多晶态无机功能薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物也可以是Ⅲ-Ⅴ，Ⅱ-Ⅳ，Ⅳ-Ⅵ族中的二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的沉积过程精确控制。随着半导体工业的开展，物理气相沉积被广泛运用于金属镀膜中。44用CVD涂覆刀具能有效地控制在车、铣和钻孔过程中出现的磨损，在这里应用了硬质合金刀具和高速钢刀具。特别是车床用的转位刀片、铣刀、刮刀和整体钻头等。使用的涂层为高耐磨性的碳化物、氯化物、碳氯化台物、氧化物和硼化物等涂层。TiN与金属的亲和力小，抗粘附能力和抗月牙形磨损性能比TiC涂层优越，因此，刀具上广泛使用的是TiN涂层。切削工具方面的应用45模具方面应用工模具在工业生产中占有重要的地位，如何提高工模具的外表性能和使用寿命一直是材料与工艺研究的重点之一，CVD技术在工模具上的推广应用，对传统的工模具制造是个突破。金属材料在成形时，会产生高的机械应力和物理应力，原来工模具的抗磨能力，抗接触能力及摩擦系数等机械性能是靠基体材料来实现的，采用该技术后，CVD的TiN涂层作为外表保护层。46在许多特殊环境中使用的材料往往需要有涂层保护，以使其具有耐磨，耐腐蚀，耐高温氧化和耐辐射等功能。SiC、Si3N4、MoSi2等硅系化合物是最重要的高温耐氧化涂层。这些涂层在外表上生成致密的SiO2薄膜，起着阻止氧化的作用，在1400～1600℃下能耐氧化。Mo和W的CVD涂层亦具有优异的高温耐腐蚀性。在耐磨涂层机械零件方面的应用47在半导体器件和集成电路的根本制造流程中，有关半导体膜的外延，P-N结扩散元的形成、介质隔离、扩散掩膜和金属膜的沉积等是工艺核心步骤，化学气相沉积在制备这些材料层的过程中逐渐取代了如硅的高温氧化和高温扩散等旧工艺，在现代微电子技术中占主导地位，在超大规模集成电路中，化学气相沉积可以用来沉积多晶硅膜，钨膜、铅膜、金属硅化物，氧化硅膜以及氮化硅膜等，这些薄膜材料可以用作栅电极，多层布线的层间绝缘膜，金属布线，电阻以及散热材料等。微电子技术48超导技术CVD制备超导材料是美国无线电公司〔RCA〕在20世纪60年代创造的，用化学气相沉积生产的Nb3Sn低温超导材料涂层致密，厚度较易控制，力学性能好，是目前烧制高场强、小型磁体的最优材料，为提高Nb3Sn的超导性能，很多国家在掺杂、基带材料、脱氢、热处理以及镀铜稳定等方面做了大量的研究工作，使CVD法成为生产Nb3Sn的主要方法之一。49太阳能利用太阳能是取之不尽的能源,利用无机材料的光电转换功能制成太阳能电池是利用太阳能的一个重要途径。目前制备多晶硅薄膜电池多采用CVD技术,包括LPCVD和PCVD工艺。现已试制成功的硅、砷化镓同质结电池以及利用Ⅱ～Ⅴ族、Ⅰ～Ⅵ族等半导体制成的多种异质结太阳能电池,如SiO2/Si、GaAs/GaAlAs、CdTe/CdS等,几乎全制成薄膜形式,气相沉积是它们最主要的制备技术。50在光学领域中，金刚石薄膜被称为未来的光学材料，它具有波段透明和极其优异的抗热冲击、抗辐射能力，可用作大功率激光器的窗口材料，导弹和航空、航天装置的球罩材料等。金刚石薄膜还是优良的紫外敏感材料。而且上海交通大学把CVD金刚石薄膜制备技术应用于拉拔模具，不仅攻克了涂层均匀涂覆、附着力等关键技术，而且解决了金刚石涂层抛光这一国际性难题。其他领域的应用51化学气相沉积52CVD设备的心脏，在于其用以进行反响沉积的“反响器〞。CVD反响器的种类，依其不同的应用与设计难以尽数。以CVD的操作压力来区分，CVD根本上可以分为常压与低压两种。以反响器的结构来分类，那么可以分为水平式、直立式、直桶式、管状式、烘盘式及连续式等。假设以反响器器壁的温度控制来评断，也可以分为热壁式〔hotwall〕与冷壁式〔coldwall〕两种。假设考虑CVD的能量来源及所使用的反响气体种类，我们也可以将CVD反响器进一步划分为等离子增强CVD(plasmaenhancedCVD，或PECVD)，TEOS-CVD，及有机金属CVD(metal-organicCVD，MOCVD)等。53CVD装置通常可以由气源控制部件、沉积反响室、沉积温控部件、真空排气和压强控制部件等局部组成。一般而言，任何CVD系统，均包含一个反响器、一组气体传输系统、排气系统及工艺控制系统等。CVD的沉积反响室内部结构及工作原理变化最大，常常根据不同的反响类型和不同的沉积物要求来专门设计。54大体上可以把不同的沉积反响装置粗分为常压化学气相沉积〔atmosphericpressurechemicalvapordeposition，APCVD〕、低压化学气相沉积〔lowpressurechemicalvapordeposition，LPCVD〕、等离子体增强化学气相沉积〔plasmaenhancedchemicalvapordeposition，PECVD〕、有机金属化学气相沉积〔metalorganicchemicalvapordeposition，MOCVD〕和激光化学气相沉积〔laserchemicalvapordeposition，LCVD〕等加以简介。55APCVD所谓的APCVD，顾名思义，就是在压力接近常压下进行CVD反响的一种沉积方式。由于半导体器件制造时纯度要求高，所有反响器都是用纯石英作为反响器的容器，用高纯石墨作为基底，易于射频感应加热或红外线加热。这些装置最主要用于SiCl4氢复原在单晶硅片衬底上生长几微米厚的外延层。所谓外延层就是指与衬底单晶的晶格相同排列方式增加了假设干晶体排列层，也可以用晶格常数相近的其他衬底材料来生长硅外延层。这样的外延称为异质外延。APCVD的操作压力接近1atm(101325Pa)，按照气体分子的平均自由径来推断，此时的气体分子间碰撞频率很高，是属于均匀成核的“气相反响〞很容易发生，而产生微粒。56低压CVD的设计就是将反响气体在反响器内进行沉积反响时的操作能力降低到大约100Torr(1Torr=133.332Pa)以下的一种CVD反响。利用在低压下进行反响的特点，以LPCVD法来沉积的薄膜，将具备较佳的阶梯覆盖能力。且因为气体分子间的碰撞频率下降，使气相沉积反响在LPCVD中变得比较不显著〔尤其是当反响进行时，是在外表反响限制的温度范围内〕。但是也因为气体分子间的碰撞频率较低，使得LPCVD法的薄膜沉积速率比较慢一些。LPCVD57在低真空的条件下，利用硅烷气体、氮气〔或氨气〕和氧化亚氮，通过射频电场而产生辉光放电形成等离子体，以增强化学反响，从而降消沉积温度，可在常温至350℃条件下，沉积氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅及非晶硅膜等。在辉光放电的低温等离子体内，“电子气〞的温度约比普通气体分子的平均温度高10～100倍，即当反响气体接近环境温度时，电子的能量足以使气体分子键断裂并导致化学活性粒子〔活化分子、离子、原子等基团〕的产生，使本来需要在高温下进行的化学反响由于反响气体的电激活而在相当低的温度下即可进行，也就是反响气体的化学键在低温下就可以被翻开。所产生的活化分子、原子集团之间的相互反响最终沉积生成薄膜。把这种过程称之为等离子增强的化学气相沉积PCVD或PECVD，称为等离子体化学气相沉积。PECVD58在MOCVD过程中，金属有机源〔MO源〕可以在热解或光解作用下，在较低温度沉积出相应的各种无机材料，如金属、氧化物、氮化物、氟化物、碳化物和化合物半导体材料等的薄膜。如今，利用MOCVD技术不但可以改变材料的外表性能，而且可以直接构成复杂的外表结构，创造出新的功能材料。MOCVD常压MOCVD低压MOCVD原子层外延（ALE）激光MOCVDMOCVD59激光化学沉积就是用激光〔CO2或准分子〕诱导促进化学气相沉积。激光化学气相沉积的过程是激光分子与反响气分子或衬材外表分子相互作用的工程。按激光作用的机制可分为激光热解沉积和激光光解沉积两种。激光热解沉积用波长长的激光进行，如CO2激光、YAG激光、Ar+激光等，一般激光器能量较高、激光光解沉积要求光子有大的能量，用短波长激光，如紫外、超紫外激光进行，如准分子XeCl、ArF等激光器。LCVD60化学气相沉积生产装置气相反响室加热系统气体控制系统排气系统CVD装置611.气相反响室气相反响室的核心问题是使制得的薄膜尽可能均匀。由于CVD反响是在基体物的外表上进行的，所以也必须考虑如何控制气相中的反响，能及时对基片外表充分供给氧气。此外，反响生成物还必须能方便取出。气相反响器有水平型、垂直型、圆筒型等几种。622.常用加热方法化学气相沉积的基体物的常用加热方法是电阻加热和感应加热，其中感应加热一般是将基片放置在石墨架上，感应加热仅加热石墨，使基片保持与石墨同一温度。红外辐射加热是近年来开展起来的一种加热方法，采用聚焦加热可以进一步强化热效应，使基片或托架局部迅速加热升温。激光加热是一种非常有特色的加热方法，其特点是保持在基片上微小局部使温度迅速升高，通过移动光束斑来实现连续扫描加热的目的.633.气体控制系统在CVD反响体系中使用多种气体，如原料气、氧化剂、复原剂、载气等，为了制备优质薄膜、各种气体的配比应予以精确控制。目前使用的监控元件主要由质量流量计和针形阀。644.排气处理系统CVD反响气体大多有毒性或强烈的腐蚀性，因此需要经过处理后才可以排放。通常采用冷吸收，或通过临水水洗后，经过中和和反响后排放处理。随着全球环境恶化和环境保护的要求，排气处理系统在先进CVD设备中已成为一个非常重要的组成局部。65除上述所介绍的组成局部外，还可根据不同的反响类型和不同沉积物来设计沉积反响室的内部结构，在有些装置中还需增加鼓励能源控制部件，如在等离子体增强型或其它能源激活型的装置中，就有这样的装置存在。下面具体介绍一些反响的生产装置。66卧式反响器可以用于硅外延生长，装置3～4片衬底常压单晶外延和多晶薄膜沉积装置卧式反响器三种装置不仅可以用于硅外延生长，也较广泛的用于GaAs，AsPAs，GeSi合金和SiC等其它外延层生长；还可用于氧化硅、氮化硅；多晶硅基金属等薄膜的沉积。67立式反响器可以用于硅外延生长，装置6～8片衬底/次常压单晶外延和多晶薄膜沉积装置立式反响器68桶式反响器可以用于硅外延生长，装置24～30片衬底/次常压单晶外延和多晶薄膜沉积装置桶式反响器69LPCVD反响器本身是以退火后的石英所构成，环绕石英制炉管外围的是一组用来对炉管进行加热的装置，因为分为三个局部，所以称为“三区加热器〞。气体通常从炉管的前端，与距离炉门不远处，送入炉管内〔当然也有其他不同的设计方法〕。被沉积的基片，那么置于同样以石英所制成的晶舟上，并随着晶舟，放入炉管的适当位置，以便进行沉积。采用直立插片增加了硅片容量

热壁LCVD装置对薄膜均匀性是否有影响70(a)是一种最简单的电感耦合产生等离子的PECVD装置，可以在实验室中使用。等离子体增强CVD装置71〔b〕是一种平行板结构装置。衬底放在具有温控装置的下面平板上，压强通常保持在133Pa左右，射频电压加在上下平行板之间，于是在上下平板间就会出现电容耦合式的气体放电，并产生等离子体等离子体增强CVD装置72(c)是一种扩散炉内放置假设干平行板、由电容式放电产生等等离子体的PECVD装置。它的设计主要是为了配合工厂生产的需要，增加炉产量。等离子体增强CVD装置73一般而言MOCVD设备由四局部组成，即反响室、气体管道系统、尾气处理和电气控制系统。该设备一般采用一炉多片的生长模式，常用的MOCVD系统分为两类；立式与卧式：在常规的立式设备中样品是水平放置的，并且可以旋转，反响气体由生长室的顶部垂直于样品进入生长室；在常规的卧式设备中，反响气体那么平行于样品外表能进入生长室，垂直于样品方向没有气体进入。MOCVD装置74MOCVD装置MOCVD设备的进一步改进主要有三个方面：获得大面积和高均匀性的薄膜材料；尽量减少管道系统的死角和缩短气体通断的间隔时间，以生长超薄层和超晶格结构材料；设计成具有多用性、灵活性和操作可变性的设备，以适应多方面的要求。75履带式常压CVD装置衬底硅片放在保持400℃的履带上，经过气流下方时就被一层CVD薄膜所覆盖。76模块式多室CVD装置各个反响器之间相互隔离利用机器手在低压或真空中传递衬底硅片。因此可以一次连续完成数种不同的薄膜沉积工作，可以把普通的CVD和PECVD组合在一起，也可以把沉积和干法刻蚀工艺组合在一起。77桶罐式CVD反响装置对于硬质合金刀具的外表涂层常采用这一类装置，它的优点是与合金刀具衬底的形状关系不大，各类刀具都可以同时沉积，而且容器很大，一次就可以装上千的数量。78化学气相沉积工艺参数79化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。CVD从理论上很简单，实际上，反响室中的反响是很复杂的，有很多必须考虑的因素，沉积参数的变化范围是很宽的。80反响室内的压力晶片的温度气体的流动速率气体通过晶片的路程气体的化学成份一种气体相对于另一种气体的比率反响的中间产品起的作用是否需要其它反响室外的外部能量来源加速或诱发想得到的反响沉积薄膜中的变数：在整个晶片内厚度的均匀性和在图形上的覆盖特性〔后者指跨图形台阶的覆盖〕薄膜的化学配比〔化学成份和分布状态〕结晶晶向和缺陷密度等81沉积速率也是一个重要的因素，因为它决定着反响室的产出量,高的沉积速率常常要和薄膜的高质量折中考虑。化学家和物理学家花大量时间研究如何制得高质量的材料，总结出了了影响化学气相沉积制备材料质量的几个主要因素：82工艺参数反应混合物沉积温度

衬底材料

系统内总压和气体总流速

反应系统装置的因素

源材料的纯度

83(1)反响混合物的供给毫无疑问，对于任何沉积体系，反响混合物的供给是决定材料质量的最重要因素之一。在材料研制过程中，总要通过实验选择最正确反响物分压及其相比照例。84(2)沉积温度沉积温度是最主要的工艺条件之一。温度直接影响反响系统的自由能，决定反响进行的程度和方向，不同沉积温度对涂层的显微结构及化学组成有直接的影响。由于沉积机制的不同，它对沉积物质量影响因素的程度也不同。同一反响体系在不同温度下，沉积物可以是单晶、多晶、无定形物，甚至根本不发生沉积。85(3)衬底材料化学气相沉积法制备无机薄膜材料，都是在一种固态基体外表〔基底〕上进行的。对沉积层质量来说，基体材料是一个十分关键的影响因素。涂层能与基体之间有过渡层或基体与涂层线性膨胀系数差异相对较小时，涂层与基体结合牢固。86(4)系统内总压和气体总流速这一因素在封管系统中往往起着重要作用。它直接影响输运速率，由此涉及生长层的质量。开管系统一般在常压下进行，很少考虑总压力的影响，但也有少数情况下是在加压或减压下进行的。在真空〔一至几百帕〕沉积工作日益增多的情况下，他往往会改善沉积层的均匀性和附着性等。87(5)反响系统装置的因素反响系统的密封性、反响管和气体管道的材料以及反响管的结构形式对产品质量也有不可无视的影响。(6)源材料的纯度大量事实说明，器件质量不合格往往是由于材料问题，而材料质量又往往与源材料〔包括载气〕的纯度有关。88应用实例8