Процесс PECVD

Плазменное химическое осаждение из паровой фазы (PECVD) — широко используемая технология в производстве чипов. Он использует кинетическую энергию электронов в плазме для активации химических реакций в газовой фазе, тем самым обеспечивая осаждение тонких пленок. Плазма — это совокупность ионов, электронов, нейтральных атомов и молекул, электрически нейтральная в макроскопическом масштабе. Плазма может хранить большое количество внутренней энергии и по своим температурным характеристикам подразделяется на тепловую плазму и холодную плазму. В системах PECVD используется холодная плазма, которая образуется за счет газового разряда низкого давления для создания неравновесной газовой плазмы.

Каковы свойства холодной плазмы?

Случайное тепловое движение: случайное тепловое движение электронов и ионов в плазме превышает их направленное движение.

Процесс ионизации: в первую очередь вызван столкновениями между быстрыми электронами и молекулами газа.

Энергетическое неравенство: средняя энергия теплового движения электронов на 1–2 порядка выше, чем у тяжелых частиц (таких как молекулы, атомы, ионы и радикалы).

Механизм компенсации энергии. Потери энергии в результате столкновений электронов и тяжелых частиц могут быть компенсированы электрическим полем.

Из-за сложности низкотемпературной неравновесной плазмы сложно описать ее характеристики с помощью нескольких параметров. В технологии PECVD основная роль плазмы заключается в генерации химически активных ионов и радикалов. Эти активные частицы могут реагировать с другими ионами, атомами или молекулами или инициировать повреждение решетки и химические реакции на поверхности подложки. Выход активных частиц зависит от плотности электронов, концентрации реагентов и коэффициентов выхода, которые связаны с напряженностью электрического поля, давлением газа и длиной свободного пробега столкновений частиц.

Чем PECVD отличается от традиционных ССЗ?

Основное различие между PECVD и традиционным химическим осаждением из паровой фазы (CVD) заключается в термодинамических принципах химических реакций. В PECVD диссоциация молекул газа внутри плазмы неселективна, что приводит к осаждению слоев пленки, которые могут иметь уникальный состав в неравновесном состоянии, не ограниченном равновесной кинетикой. Типичным примером является образование аморфных или некристаллических пленок.

Характеристики PECVD

Низкая температура осаждения: это помогает снизить внутренние напряжения, вызванные несовпадением коэффициентов линейного теплового расширения между пленкой и материалом подложки.

Высокая скорость осаждения: эта характеристика полезна для получения аморфных и микрокристаллических пленок, особенно в условиях низких температур.

Уменьшение термического повреждения: низкотемпературный процесс сводит к минимуму термическое повреждение, уменьшает взаимную диффузию и реакции между пленкой и материалом подложки, а также уменьшает влияние высоких температур на электрические свойства устройств.