Postopek PECVD

Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) je široko uporabljena tehnologija pri proizvodnji čipov. Izkorišča kinetično energijo elektronov v plazmi za aktiviranje kemičnih reakcij v plinski fazi, s čimer doseže nanašanje tankega filma. Plazma je zbirka ionov, elektronov, nevtralnih atomov in molekul, ki je električno nevtralna na makroskopskem merilu. Plazma lahko shrani veliko količino notranje energije in jo glede na temperaturne lastnosti delimo na toplotno plazmo in hladno plazmo. V sistemih PECVD se uporablja hladna plazma, ki nastane z nizkotlačnim izpustom plina, da ustvari neravnovesno plinasto plazmo.

Kakšne so lastnosti hladne plazme?

Naključno toplotno gibanje: Naključno toplotno gibanje elektronov in ionov v plazmi presega njihovo usmerjeno gibanje.

Ionizacijski proces: predvsem zaradi trkov med hitrimi elektroni in molekulami plina.

Energijska razlika: Povprečna energija toplotnega gibanja elektronov je za 1 do 2 reda velikosti višja od energije težkih delcev (kot so molekule, atomi, ioni in radikali).

Mehanizem kompenzacije energije: Izgubo energije zaradi trkov med elektroni in težkimi delci lahko kompenzira električno polje.

Zaradi kompleksnosti nizkotemperaturne neravnotežne plazme je težko opisati njene značilnosti z nekaj parametri. V tehnologiji PECVD je primarna vloga plazme ustvarjanje kemično aktivnih ionov in radikalov. Te aktivne vrste lahko reagirajo z drugimi ioni, atomi ali molekulami ali sprožijo poškodbe mreže in kemične reakcije na površini substrata. Izkoristek aktivnih vrst je odvisen od gostote elektronov, koncentracije reaktantov in koeficientov izkoristka, ki so povezani z električno poljsko jakostjo, tlakom plina in povprečno prosto potjo trkov delcev.

Kako se PECVD razlikuje od tradicionalne KVB?

Glavna razlika med PECVD in tradicionalnim kemičnim naparjevanjem (CVD) je v termodinamičnih principih kemičnih reakcij. Pri PECVD je disociacija plinskih molekul v plazmi neselektivna, kar vodi do odlaganja filmskih plasti, ki imajo lahko edinstveno sestavo v neravnovesnem stanju, ki ni omejeno z ravnotežno kinetiko. Tipičen primer je tvorba amorfnih ali nekristalnih filmov.

Značilnosti PECVD

Nizka temperatura nanašanja: To pomaga zmanjšati notranje napetosti, ki jih povzročajo neusklajeni koeficienti linearne toplotne razteznosti med filmom in materialom podlage.

Visoka stopnja nanašanja: Zlasti pri nizkih temperaturah je ta lastnost ugodna za pridobivanje amorfnih in mikrokristalnih filmov.

Zmanjšana toplotna poškodba: Nizkotemperaturni postopek zmanjša toplotno poškodbo, zmanjša interdifuzijo in reakcije med filmom in substratnim materialom ter zmanjša vpliv visokih temperatur na električne lastnosti naprav.