PECVD-prosessi

Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) on laajalti käytetty tekniikka sirun valmistuksessa. Se hyödyntää plasmassa olevien elektronien kineettistä energiaa kemiallisten reaktioiden aktivoimiseksi kaasufaasissa, jolloin saavutetaan ohutkalvokerrostuminen. Plasma on kokoelma ioneja, elektroneja, neutraaleja atomeja ja molekyylejä, joka on makroskooppisessa mittakaavassa sähköisesti neutraali. Plasma pystyy varastoimaan suuren määrän sisäistä energiaa ja se luokitellaan lämpötilaominaisuuksiensa perusteella lämpöplasmaan ja kylmäplasmaan. PECVD-järjestelmissä käytetään kylmää plasmaa, joka muodostuu matalapaineisen kaasupurkauksen kautta epätasapainoisen kaasumaisen plasman luomiseksi.

Mitkä ovat kylmän plasman ominaisuudet?

Satunnainen lämpöliike: Elektronien ja ionien satunnainen lämpöliike plasmassa ylittää niiden suunnatun liikkeen.

Ionisaatioprosessi: Johtuu pääasiassa nopeiden elektronien ja kaasumolekyylien välisistä törmäyksistä.

Energiaero: Elektronien keskimääräinen lämpöliikeenergia on 1-2 suuruusluokkaa suurempi kuin raskaiden hiukkasten (kuten molekyylien, atomien, ionien ja radikaalien).

Energian kompensointimekanismi: Elektronien ja raskaiden hiukkasten välisistä törmäyksistä aiheutuvaa energiahäviötä voidaan kompensoida sähkökentällä.

Matalan lämpötilan epätasapainoisen plasman monimutkaisuuden vuoksi on haastavaa kuvata sen ominaisuuksia muutamalla parametrilla. PECVD-tekniikassa plasman ensisijainen tehtävä on tuottaa kemiallisesti aktiivisia ioneja ja radikaaleja. Nämä aktiiviset lajit voivat reagoida muiden ionien, atomien tai molekyylien kanssa tai käynnistää hilavaurioita ja kemiallisia reaktioita substraatin pinnalla. Aktiivisten lajien saanto riippuu elektronitiheydestä, lähtöainepitoisuudesta ja tuottokertoimista, jotka liittyvät sähkökentän voimakkuuteen, kaasunpaineeseen ja hiukkasten törmäysten keskimääräiseen vapaaseen reittiin.

Miten PECVD eroaa perinteisestä CVD:stä?

Suurin ero PECVD:n ja perinteisen kemiallisen höyrypinnoituksen (CVD) välillä on kemiallisten reaktioiden termodynaamisissa periaatteissa. PECVD:ssä kaasumolekyylien dissosioituminen plasmassa on epäselektiivistä, mikä johtaa kalvokerrosten kerrostumiseen, joilla voi olla ainutlaatuinen koostumus epätasapainotilassa, jota tasapainokinetiikka ei rajoita. Tyypillinen esimerkki on amorfisten tai ei-kiteisten kalvojen muodostuminen.

PECVD:n ominaisuudet

Matala kerrostumislämpötila: Tämä auttaa vähentämään sisäistä jännitystä, joka johtuu kalvon ja substraattimateriaalin välisten lineaaristen lämpölaajenemiskertoimien yhteensopimattomista kertoimista.

Suuri kerrostumisnopeus: Tämä ominaisuus on edullinen erityisesti matalan lämpötilan olosuhteissa amorfisten ja mikrokiteisten kalvojen saamiseksi.

Vähentynyt lämpövaurio: Matalan lämpötilan prosessi minimoi lämpövauriot, vähentää diffuusiota ja reaktioita kalvon ja substraattimateriaalin välillä sekä vähentää korkeiden lämpötilojen vaikutusta laitteiden sähköisiin ominaisuuksiin.