Процес PECVD

Плазмове хімічне осадження з парової фази (PECVD) є широко використовуваною технологією у виробництві мікросхем. Він використовує кінетичну енергію електронів у плазмі для активації хімічних реакцій у газовій фазі, завдяки чому досягається осадження тонкої плівки. Плазма — це сукупність іонів, електронів, нейтральних атомів і молекул, яка є електрично нейтральною в макроскопічному масштабі. Плазма може накопичувати велику кількість внутрішньої енергії та, виходячи зі своїх температурних характеристик, поділяється на теплову плазму та холодну плазму. У системах PECVD використовується холодна плазма, яка утворюється через газовий розряд низького тиску для створення нерівноважної газоподібної плазми.

Які властивості холодної плазми?

Випадковий тепловий рух: випадковий тепловий рух електронів та іонів у плазмі перевищує їх спрямований рух.

Процес іонізації: головним чином викликаний зіткненнями між швидкими електронами та молекулами газу.

Невідповідність енергії: середня енергія теплового руху електронів на 1–2 порядки вища, ніж у важких частинок (таких як молекули, атоми, іони та радикали).

Механізм компенсації енергії: втрату енергії від зіткнень між електронами та важкими частинками можна компенсувати електричним полем.

Через складність низькотемпературної нерівноважної плазми складно описати її характеристики кількома параметрами. У технології PECVD основна роль плазми полягає у генеруванні хімічно активних іонів і радикалів. Ці активні види можуть реагувати з іншими іонами, атомами або молекулами або ініціювати пошкодження решітки та хімічні реакції на поверхні підкладки. Вихід активних частинок залежить від електронної густини, концентрації реагентів і коефіцієнтів виходу, які пов’язані з напруженістю електричного поля, тиском газу та довжиною вільного пробігу зіткнень частинок.

Чим PECVD відрізняється від традиційного CVD?

Основна відмінність між PECVD і традиційним хімічним осадженням з парової фази (CVD) полягає в термодинамічних принципах хімічних реакцій. У PECVD дисоціація молекул газу в плазмі є невибірковою, що призводить до осадження шарів плівки, які можуть мати унікальний склад у нерівноважному стані, не обмеженому кінетикою рівноваги. Типовим прикладом є утворення аморфних або некристалічних плівок.

Характеристика PECVD

Низька температура осадження: це допомагає зменшити внутрішню напругу, спричинену невідповідністю коефіцієнтів лінійного теплового розширення між плівкою та матеріалом підкладки.

Висока швидкість осадження: особливо в умовах низьких температур ця характеристика є перевагою для отримання аморфних і мікрокристалічних плівок.

Зменшене термічне пошкодження: низькотемпературний процес мінімізує термічне пошкодження, зменшує взаємну дифузію та реакції між плівкою та матеріалом підкладки, а також зменшує вплив високих температур на електричні властивості пристроїв.