PECVD-proces

Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) is een veelgebruikte technologie bij de productie van chips. Het maakt gebruik van de kinetische energie van elektronen in plasma om chemische reacties in de gasfase te activeren, waardoor dunnefilmafzetting wordt bereikt. Plasma is een verzameling ionen, elektronen, neutrale atomen en moleculen, die op macroscopische schaal elektrisch neutraal is. Plasma kan een grote hoeveelheid interne energie opslaan en wordt op basis van de temperatuurkarakteristieken onderverdeeld in thermisch plasma en koud plasma. In PECVD-systemen wordt koud plasma gebruikt, dat wordt gevormd door gasontlading onder lage druk om een ​​gasvormig plasma te creëren dat niet in evenwicht is.

Wat zijn de eigenschappen van koud plasma?

Willekeurige thermische beweging: De willekeurige thermische beweging van elektronen en ionen in plasma overschrijdt hun gerichte beweging.

Ionisatieproces: voornamelijk veroorzaakt door botsingen tussen snelle elektronen en gasmoleculen.

Energieongelijkheid: De gemiddelde thermische bewegingsenergie van elektronen is 1 tot 2 ordes van grootte hoger dan die van zware deeltjes (zoals moleculen, atomen, ionen en radicalen).

Energiecompensatiemechanisme: Het energieverlies door botsingen tussen elektronen en zware deeltjes kan worden gecompenseerd door het elektrische veld.

Vanwege de complexiteit van niet-evenwichtsplasma bij lage temperaturen, is het een uitdaging om de kenmerken ervan met een paar parameters te beschrijven. Bij de PECVD-technologie is de primaire rol van plasma het genereren van chemisch actieve ionen en radicalen. Deze actieve soorten kunnen reageren met andere ionen, atomen of moleculen, of roosterbeschadiging en chemische reacties op het substraatoppervlak initiëren. De opbrengst aan actieve soorten hangt af van de elektronendichtheid, de concentratie van de reactanten en de vloeicoëfficiënten, die verband houden met de elektrische veldsterkte, de gasdruk en het gemiddelde vrije pad van deeltjesbotsingen.

Hoe verschilt PECVD van traditionele CVD?

Het belangrijkste verschil tussen PECVD en traditionele Chemical Vapour Deposition (CVD) ligt in de thermodynamische principes van de chemische reacties. Bij PECVD is de dissociatie van gasmoleculen in het plasma niet-selectief, wat leidt tot de afzetting van filmlagen die een unieke samenstelling kunnen hebben in een niet-evenwichtstoestand, niet beperkt door evenwichtskinetiek. Een typisch voorbeeld is de vorming van amorfe of niet-kristallijne films.

Kenmerken van PECVD

Lage depositietemperatuur: Dit helpt de interne spanning te verminderen die wordt veroorzaakt door niet-overeenkomende coëfficiënten van lineaire thermische uitzetting tussen de film en het substraatmateriaal.

Hoge depositiesnelheid: Vooral onder lage temperatuuromstandigheden is deze eigenschap voordelig voor het verkrijgen van amorfe en microkristallijne films.

Verminderde thermische schade: Het lage-temperatuurproces minimaliseert thermische schade, vermindert interdiffusie en reacties tussen de film en het substraatmateriaal, en vermindert de impact van hoge temperaturen op de elektrische eigenschappen van apparaten.