Διαδικασία PECVD

Η Ενισχυμένη Χημική Εναπόθεση Ατμών με Πλάσμα (PECVD) είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία στην κατασκευή τσιπ. Χρησιμοποιεί την κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων μέσα στο πλάσμα για να ενεργοποιήσει χημικές αντιδράσεις στην αέρια φάση, επιτυγχάνοντας έτσι εναπόθεση λεπτής μεμβράνης. Το πλάσμα είναι μια συλλογή ιόντων, ηλεκτρονίων, ουδέτερων ατόμων και μορίων, η οποία είναι ηλεκτρικά ουδέτερη σε μακροσκοπική κλίμακα. Το πλάσμα μπορεί να αποθηκεύσει μεγάλη ποσότητα εσωτερικής ενέργειας και, με βάση τα χαρακτηριστικά θερμοκρασίας του, κατηγοριοποιείται σε θερμικό και ψυχρό πλάσμα. Στα συστήματα PECVD, χρησιμοποιείται ψυχρό πλάσμα, το οποίο σχηματίζεται μέσω εκκένωσης αερίου χαμηλής πίεσης για να δημιουργήσει ένα αέριο πλάσμα μη ισορροπίας.

Ποιες είναι οι ιδιότητες του ψυχρού πλάσματος;

Τυχαία θερμική κίνηση: Η τυχαία θερμική κίνηση των ηλεκτρονίων και των ιόντων στο πλάσμα υπερβαίνει την κατευθυντική τους κίνηση.

Διαδικασία ιονισμού: Προκαλείται κυρίως από συγκρούσεις μεταξύ γρήγορων ηλεκτρονίων και μορίων αερίου.

Ενεργειακή ανισότητα: Η μέση ενέργεια θερμικής κίνησης των ηλεκτρονίων είναι 1 έως 2 τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από αυτή των βαρέων σωματιδίων (όπως μόρια, άτομα, ιόντα και ρίζες).

Μηχανισμός Αντιστάθμισης Ενέργειας: Η απώλεια ενέργειας από τις συγκρούσεις μεταξύ ηλεκτρονίων και βαρέων σωματιδίων μπορεί να αντισταθμιστεί από το ηλεκτρικό πεδίο.

Λόγω της πολυπλοκότητας του πλάσματος μη ισορροπίας σε χαμηλή θερμοκρασία, είναι δύσκολο να περιγραφούν τα χαρακτηριστικά του με λίγες παραμέτρους. Στην τεχνολογία PECVD, ο πρωταρχικός ρόλος του πλάσματος είναι να παράγει χημικά ενεργά ιόντα και ρίζες. Αυτά τα ενεργά είδη μπορούν να αντιδράσουν με άλλα ιόντα, άτομα ή μόρια ή να προκαλέσουν βλάβη στο πλέγμα και χημικές αντιδράσεις στην επιφάνεια του υποστρώματος. Η απόδοση των ενεργών ειδών εξαρτάται από την πυκνότητα ηλεκτρονίων, τη συγκέντρωση των αντιδρώντων και τους συντελεστές απόδοσης, οι οποίοι σχετίζονται με την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, την πίεση του αερίου και τη μέση ελεύθερη διαδρομή των συγκρούσεων σωματιδίων.

Πώς διαφέρει το PECVD από το παραδοσιακό CVD;

Η κύρια διαφορά μεταξύ του PECVD και της παραδοσιακής χημικής εναπόθεσης ατμών (CVD) έγκειται στις θερμοδυναμικές αρχές των χημικών αντιδράσεων. Στο PECVD, η διάσταση των μορίων αερίου εντός του πλάσματος είναι μη επιλεκτική, οδηγώντας στην εναπόθεση στρωμάτων μεμβράνης που μπορεί να έχουν μοναδική σύνθεση σε κατάσταση μη ισορροπίας, που δεν περιορίζεται από την κινητική ισορροπίας. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ο σχηματισμός άμορφων ή μη κρυσταλλικών μεμβρανών.

Χαρακτηριστικά του PECVD

Χαμηλή θερμοκρασία εναπόθεσης: Αυτό βοηθά στη μείωση της εσωτερικής καταπόνησης που προκαλείται από αταίριαστους συντελεστές γραμμικής θερμικής διαστολής μεταξύ της μεμβράνης και του υλικού του υποστρώματος.

Υψηλός ρυθμός εναπόθεσης: Ιδιαίτερα σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας, αυτό το χαρακτηριστικό είναι πλεονεκτικό για τη λήψη άμορφων και μικροκρυσταλλικών μεμβρανών.

Μειωμένη θερμική βλάβη: Η διαδικασία χαμηλής θερμοκρασίας ελαχιστοποιεί τη θερμική βλάβη, μειώνει τη διάχυση και τις αντιδράσεις μεταξύ της μεμβράνης και του υλικού του υποστρώματος και μειώνει την επίδραση των υψηλών θερμοκρασιών στις ηλεκτρικές ιδιότητες των συσκευών.