PECVD-prosess

Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) er en mye brukt teknologi i brikkeproduksjon. Den utnytter den kinetiske energien til elektroner i plasma for å aktivere kjemiske reaksjoner i gassfasen, og oppnår dermed tynnfilmavsetning. Plasma er en samling av ioner, elektroner, nøytrale atomer og molekyler, som er elektrisk nøytrale i makroskopisk skala. Plasma kan lagre en stor mengde intern energi og, basert på dens temperaturegenskaper, kategoriseres det i termisk plasma og kaldt plasma. I PECVD-systemer brukes kaldt plasma, som dannes gjennom lavtrykksgassutslipp for å skape et gassformet plasma som ikke er likevekt.

Hva er egenskapene til kald plasma?

Tilfeldig termisk bevegelse: Den tilfeldige termiske bevegelsen til elektroner og ioner i plasma overskrider retningsbevegelsen deres.

Ioniseringsprosess: Primært forårsaket av kollisjoner mellom raske elektroner og gassmolekyler.

Energiforskjell: Den gjennomsnittlige termiske bevegelsesenergien til elektroner er 1 til 2 størrelsesordener høyere enn for tunge partikler (som molekyler, atomer, ioner og radikaler).

Energikompensasjonsmekanisme: Energitapet fra kollisjoner mellom elektroner og tunge partikler kan kompenseres av det elektriske feltet.

På grunn av kompleksiteten til lavtemperatur ikke-likevektsplasma, er det utfordrende å beskrive dets egenskaper med noen få parametere. I PECVD-teknologi er plasmas primære rolle å generere kjemisk aktive ioner og radikaler. Disse aktive artene kan reagere med andre ioner, atomer eller molekyler, eller initiere gitterskader og kjemiske reaksjoner på substratoverflaten. Utbyttet av aktive arter avhenger av elektrontetthet, reaktantkonsentrasjon og utbytteskoeffisienter, som er relatert til den elektriske feltstyrken, gasstrykket og den gjennomsnittlige frie banen for partikkelkollisjoner.

Hvordan skiller PECVD seg fra tradisjonell CVD?

Hovedforskjellen mellom PECVD og tradisjonell kjemisk dampavsetning (CVD) ligger i de termodynamiske prinsippene for de kjemiske reaksjonene. I PECVD er dissosiasjonen av gassmolekyler i plasma ikke-selektiv, noe som fører til avsetning av filmlag som kan ha en unik sammensetning i en ikke-likevektstilstand, ikke begrenset av likevektskinetikk. Et typisk eksempel er dannelsen av amorfe eller ikke-krystallinske filmer.

Kjennetegn ved PECVD

Lav avsetningstemperatur: Dette bidrar til å redusere indre spenninger forårsaket av feiltilpassede koeffisienter for lineær termisk ekspansjon mellom filmen og substratmaterialet.

Høy avsetningshastighet: Spesielt under lave temperaturforhold er denne egenskapen fordelaktig for å oppnå amorfe og mikrokrystallinske filmer.

Redusert termisk skade: Lavtemperaturprosessen minimerer termisk skade, reduserer interdiffusjon og reaksjoner mellom filmen og substratmaterialet, og reduserer innvirkningen av høye temperaturer på enhetens elektriske egenskaper.