Proces PECVD

Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) je široko používaná technológia pri výrobe čipov. Využíva kinetickú energiu elektrónov v plazme na aktiváciu chemických reakcií v plynnej fáze, čím sa dosiahne depozícia tenkého filmu. Plazma je súbor iónov, elektrónov, neutrálnych atómov a molekúl, ktorý je v makroskopickom meradle elektricky neutrálny. Plazma dokáže uchovávať veľké množstvo vnútornej energie a na základe jej teplotných charakteristík sa delí na tepelnú plazmu a studenú plazmu. V systémoch PECVD sa používa studená plazma, ktorá sa vytvára nízkotlakovým výbojom plynu na vytvorenie nerovnovážnej plynnej plazmy.

Aké sú vlastnosti studenej plazmy?

Náhodný tepelný pohyb: Náhodný tepelný pohyb elektrónov a iónov v plazme prevyšuje ich smerový pohyb.

Ionizačný proces: Primárne spôsobený zrážkami medzi rýchlymi elektrónmi a molekulami plynu.

Energetická disparita: Priemerná tepelná pohybová energia elektrónov je o 1 až 2 rády vyššia ako u ťažkých častíc (ako sú molekuly, atómy, ióny a radikály).

Energetický kompenzačný mechanizmus: Strata energie pri zrážkach medzi elektrónmi a ťažkými časticami môže byť kompenzovaná elektrickým poľom.

Vzhľadom na zložitosť nízkoteplotnej nerovnovážnej plazmy je náročné opísať jej charakteristiky pomocou niekoľkých parametrov. V technológii PECVD je primárnou úlohou plazmy vytvárať chemicky aktívne ióny a radikály. Tieto aktívne častice môžu reagovať s inými iónmi, atómami alebo molekulami alebo iniciovať poškodenie mriežky a chemické reakcie na povrchu substrátu. Výťažok aktívnych látok závisí od hustoty elektrónov, koncentrácie reaktantov a koeficientov výťažnosti, ktoré súvisia s intenzitou elektrického poľa, tlakom plynu a strednou voľnou dráhou zrážok častíc.

Ako sa PECVD líši od tradičného CVD?

Hlavný rozdiel medzi PECVD a tradičnou chemickou depozíciou z plynnej fázy (CVD) spočíva v termodynamických princípoch chemických reakcií. Pri PECVD je disociácia molekúl plynu v plazme neselektívna, čo vedie k ukladaniu filmových vrstiev, ktoré môžu mať jedinečné zloženie v nerovnovážnom stave, ktoré nie je obmedzené rovnovážnou kinetikou. Typickým príkladom je tvorba amorfných alebo nekryštalických filmov.

Charakteristika PECVD

Nízka teplota nanášania: Pomáha znižovať vnútorné napätie spôsobené nezhodnými koeficientmi lineárnej tepelnej rozťažnosti medzi fóliou a materiálom substrátu.

Vysoká rýchlosť nanášania: Najmä za podmienok nízkej teploty je táto charakteristika výhodná na získanie amorfných a mikrokryštalických filmov.

Znížené tepelné poškodenie: Nízkoteplotný proces minimalizuje tepelné poškodenie, znižuje interdifúziu a reakcie medzi fóliou a materiálom substrátu a znižuje vplyv vysokých teplôt na elektrické vlastnosti zariadení.