PECVD-process

Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) är en mycket använd teknik inom chiptillverkning. Den utnyttjar den kinetiska energin hos elektroner i plasma för att aktivera kemiska reaktioner i gasfasen och därigenom uppnå tunnfilmsavsättning. Plasma är en samling joner, elektroner, neutrala atomer och molekyler, som är elektriskt neutral i makroskopisk skala. Plasma kan lagra en stor mängd intern energi och, baserat på dess temperaturegenskaper, kategoriseras den i termisk plasma och kall plasma. I PECVD-system används kall plasma, som bildas genom lågtrycksgasutsläpp för att skapa en gasformig plasma som inte är i jämvikt.

Vad är egenskaperna hos kall plasma?

Slumpmässig termisk rörelse: Den slumpmässiga termiska rörelsen av elektroner och joner i plasma överstiger deras riktningsrörelse.

Joniseringsprocess: Orsakas främst av kollisioner mellan snabba elektroner och gasmolekyler.

Energiskillnad: Den genomsnittliga termiska rörelseenergin för elektroner är 1 till 2 storleksordningar högre än den för tunga partiklar (som molekyler, atomer, joner och radikaler).

Energikompensationsmekanism: Energiförlusten från kollisioner mellan elektroner och tunga partiklar kan kompenseras av det elektriska fältet.

På grund av komplexiteten hos lågtemperatur icke-jämviktsplasma är det utmanande att beskriva dess egenskaper med några få parametrar. I PECVD-teknologin är plasmans primära roll att generera kemiskt aktiva joner och radikaler. Dessa aktiva arter kan reagera med andra joner, atomer eller molekyler, eller initiera gitterskada och kemiska reaktioner på substratytan. Utbytet av aktiva ämnen beror på elektrontäthet, reaktantkoncentration och utbyteskoefficienter, som är relaterade till det elektriska fältets styrka, gastrycket och medelvägen för partikelkollisioner.

Hur skiljer sig PECVD från traditionell CVD?

Huvudskillnaden mellan PECVD och traditionell kemisk ångdeposition (CVD) ligger i de termodynamiska principerna för de kemiska reaktionerna. I PECVD är dissociationen av gasmolekyler i plasman icke-selektiv, vilket leder till avsättning av filmskikt som kan ha en unik sammansättning i ett icke-jämviktstillstånd, inte begränsat av jämviktskinetik. Ett typiskt exempel är bildningen av amorfa eller icke-kristallina filmer.

Egenskaper för PECVD

Låg avsättningstemperatur: Detta hjälper till att minska inre spänningar som orsakas av felaktiga koefficienter för linjär termisk expansion mellan filmen och substratmaterialet.

Hög avsättningshastighet: Särskilt under lågtemperaturförhållanden är denna egenskap fördelaktig för att erhålla amorfa och mikrokristallina filmer.

Minskad termisk skada: Lågtemperaturprocessen minimerar termisk skada, minskar interdiffusion och reaktioner mellan filmen och substratmaterialet och minskar inverkan av höga temperaturer på enheters elektriska egenskaper.