化学气相沉积CVD反应机理

如前所述化学气相沉积是建立在化学反应之上的，选择合适的反应原料和沉积反应有助于得到高性能的材料。

a）高温分解反应

CVD沉积反应里最简单直接的方式就是热分解反应，其原理主要是固态化合物升温到一定温度会分解为固态目标产物和气态副产物。操作步骤一般是向真空或惰性气氛下的单温区管式炉导入反应气体，将炉温升至化合物的分解温度使之发生分解，在基片上沉积得到目标产物。热分解反应的关键在于合适挥发源和分解温度的选择，尤其需要特别注意原材料在不同温度下的分解产物。目前常使用的原料有氢化物、羰基化合物和金属有机化合物等，因其化学键的解离能都普遍较小，易分解，分解温度相对较低，尤其氢化物分解后的副产物是没有腐蚀性的氢气。热分解反应主要适用于金属、半导体、绝缘体等材料的制备。

1）氢化物分解制备多晶硅和非晶硅：SiH4 （g） → Si （s）+2H2 （g）    650℃

2）羰基氯化物分解沉积贵金属或者过渡金属：Ni（CO）4 （s） → Ni （s）+4CO （g）     140-240℃

3）金属有机物分解沉积Al2O3：2Al（OC3H7）3 （s） → Al2O3 （s）+6C3H6 （g）+3H2O （g）    420℃

b）化学合成反应

CVD沉积反应里应用最广泛的当属化学合成反应，其主要涉及到多种反应气体在基片表面相互反应沉积生成固体薄膜的过程，因此称为化学合成反应，CVD沉积反应大多都属于此类。一般是将多种反应气体通入向真空或惰性气氛下的单温区管式炉中，炉温升至合适的温度使之在基片上发生合成反应得到目标产物。化学合成反应的关键在于反应产物的选择，原则要尽量避免副产物的生成。因为利用热分解沉积目标产物的原料选择范围相对狭窄，而理论上任意一种无机材料都可以通过多种原料的化合反应来得到。因此，与热分解反应相比，化学合成反应应用最为广泛，其主要应用于制备各种多晶态和玻璃态的沉积层、绝缘膜等，如SiO2、Al2O3、Si3N4。

1）四氯化硅外延法生长硅外延片：SiCl4 （s）+ 2H2 （g） → Si （s）+ 4HCl （g）    1150-1200℃

2）半导体SiO2掩膜工艺：SiH4 （s）+2O2 （g） → SiO2 （s）+2H2O （g）    325-475℃

3）Si3N4等绝缘膜的沉积：3SiCl4 （s）+4NH3 （g） → Si3N4 （s）+12HCl （g）    850-900℃

c）化学传输反应

化学输运反应将目标产物作为挥发源，借助于平衡反应来沉积目标产物，其借助于气体与之反应生成气态化合物，生成的气态化合物经载气运输到与挥发区温度不同的沉积区发生逆向反应，在基底上生成源物质。化学传输反应的关键在于输运反应体系及其条件（温度、输运剂用量等等）的选择，这其中涉及到部分化学热力学相关的知识，一般生成气态化合物的温度往往比重新反应沉积时要高一些。

稀有金属的提纯和ZnSe等单晶的生长：

ZnSe （s）+I2 （g）ZnI2 （g）+1/2 Se2 （g）

ZnS （s）+I2 （g）ZnI2 （g）+1/2 S2 （g）