2024-11-29
Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) er en meget brugt teknologi i chipfremstilling. Det udnytter den kinetiske energi af elektroner i plasma til at aktivere kemiske reaktioner i gasfasen, hvorved der opnås tynd-film aflejring. Plasma er en samling af ioner, elektroner, neutrale atomer og molekyler, som er elektrisk neutral på en makroskopisk skala. Plasma kan lagre en stor mængde intern energi og er baseret på dets temperaturkarakteristika kategoriseret i termisk plasma og kold plasma. I PECVD-systemer bruges koldt plasma, som dannes gennem lavtryksgasudledning for at skabe et gasformigt plasma, der ikke er i ligevægt.
Hvad er egenskaberne ved kold plasma?
Tilfældig termisk bevægelse: Den tilfældige termiske bevægelse af elektroner og ioner i plasma overstiger deres retningsmæssige bevægelse.
Ioniseringsproces: Primært forårsaget af kollisioner mellem hurtige elektroner og gasmolekyler.
Energiforskel: Den gennemsnitlige termiske bevægelsesenergi for elektroner er 1 til 2 størrelsesordener højere end den for tunge partikler (såsom molekyler, atomer, ioner og radikaler).
Energikompensationsmekanisme: Energitabet fra kollisioner mellem elektroner og tunge partikler kan kompenseres af det elektriske felt.
På grund af kompleksiteten af lavtemperatur ikke-ligevægtsplasma er det udfordrende at beskrive dets egenskaber med nogle få parametre. I PECVD-teknologi er plasmas primære rolle at generere kemisk aktive ioner og radikaler. Disse aktive arter kan reagere med andre ioner, atomer eller molekyler eller initiere gitterskader og kemiske reaktioner på substratoverfladen. Udbyttet af aktive arter afhænger af elektrondensitet, reaktantkoncentration og udbyttekoefficienter, som er relateret til den elektriske feltstyrke, gastryk og den gennemsnitlige frie vej for partikelkollisioner.
Hvordan adskiller PECVD sig fra traditionel CVD?
Hovedforskellen mellem PECVD og traditionel Chemical Vapor Deposition (CVD) ligger i de termodynamiske principper for de kemiske reaktioner. I PECVD er dissociationen af gasmolekyler i plasmaet ikke-selektiv, hvilket fører til aflejring af filmlag, der kan have en unik sammensætning i en ikke-ligevægtstilstand, ikke begrænset af ligevægtskinetik. Et typisk eksempel er dannelsen af amorfe eller ikke-krystallinske film.
Karakteristika for PECVD
Lav aflejringstemperatur: Dette hjælper med at reducere intern stress forårsaget af uoverensstemmende koefficienter for lineær termisk udvidelse mellem filmen og substratmaterialet.
Høj afsætningshastighed: Især under lave temperaturforhold er denne egenskab fordelagtig til opnåelse af amorfe og mikrokrystallinske film.
Reduceret termisk skade: Lavtemperaturprocessen minimerer termisk skade, reducerer interdiffusion og reaktioner mellem filmen og substratmaterialet og mindsker påvirkningen af høje temperaturer på enheders elektriske egenskaber.