2024-11-29
Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) ist eine weit verbreitete Technologie in der Chipherstellung. Es nutzt die kinetische Energie von Elektronen im Plasma, um chemische Reaktionen in der Gasphase zu aktivieren und so eine Dünnschichtabscheidung zu erreichen. Plasma ist eine Ansammlung von Ionen, Elektronen, neutralen Atomen und Molekülen, die auf makroskopischer Ebene elektrisch neutral ist. Plasma kann eine große Menge an innerer Energie speichern und wird aufgrund seiner Temperatureigenschaften in thermisches Plasma und kaltes Plasma eingeteilt. In PECVD-Systemen wird kaltes Plasma verwendet, das durch Niederdruck-Gasentladung erzeugt wird, um ein gasförmiges Nichtgleichgewichtsplasma zu erzeugen.
Was sind die Eigenschaften von kaltem Plasma?
Zufällige thermische Bewegung: Die zufällige thermische Bewegung von Elektronen und Ionen im Plasma übersteigt ihre Richtungsbewegung.
Ionisationsprozess: Wird hauptsächlich durch Kollisionen zwischen schnellen Elektronen und Gasmolekülen verursacht.
Energieungleichheit: Die durchschnittliche thermische Bewegungsenergie von Elektronen ist 1 bis 2 Größenordnungen höher als die von schweren Teilchen (wie Molekülen, Atomen, Ionen und Radikalen).
Energiekompensationsmechanismus: Der Energieverlust durch Kollisionen zwischen Elektronen und schweren Teilchen kann durch das elektrische Feld ausgeglichen werden.
Aufgrund der Komplexität von Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmen ist es schwierig, seine Eigenschaften mit wenigen Parametern zu beschreiben. In der PECVD-Technologie besteht die Hauptaufgabe des Plasmas darin, chemisch aktive Ionen und Radikale zu erzeugen. Diese aktiven Spezies können mit anderen Ionen, Atomen oder Molekülen reagieren oder Gitterschäden und chemische Reaktionen auf der Substratoberfläche auslösen. Die Ausbeute an aktiven Spezies hängt von der Elektronendichte, der Reaktantenkonzentration und den Ausbeutekoeffizienten ab, die mit der elektrischen Feldstärke, dem Gasdruck und der mittleren freien Weglänge der Teilchenkollisionen zusammenhängen.
Wie unterscheidet sich PECVD vom herkömmlichen CVD?
Der Hauptunterschied zwischen PECVD und der herkömmlichen chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) liegt in den thermodynamischen Prinzipien der chemischen Reaktionen. Beim PECVD ist die Dissoziation von Gasmolekülen im Plasma nicht selektiv, was zur Abscheidung von Filmschichten führt, die in einem Nichtgleichgewichtszustand eine einzigartige Zusammensetzung haben können, die nicht durch die Gleichgewichtskinetik eingeschränkt wird. Ein typisches Beispiel ist die Bildung amorpher oder nichtkristalliner Filme.
Eigenschaften von PECVD
Niedrige Abscheidungstemperatur: Dies trägt dazu bei, interne Spannungen zu reduzieren, die durch nicht übereinstimmende lineare Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Folie und dem Substratmaterial verursacht werden.
Hohe Abscheidungsrate: Besonders unter Niedrigtemperaturbedingungen ist diese Eigenschaft vorteilhaft für die Erzielung amorpher und mikrokristalliner Filme.
Reduzierte thermische Schäden: Der Niedertemperaturprozess minimiert thermische Schäden, reduziert die Interdiffusion und Reaktionen zwischen Film und Substratmaterial und verringert den Einfluss hoher Temperaturen auf die elektrischen Eigenschaften von Geräten.