Proces PECVD

Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) je široce používaná technologie při výrobě čipů. Využívá kinetickou energii elektronů v plazmatu k aktivaci chemických reakcí v plynné fázi, čímž se dosahuje depozice tenkých vrstev. Plazma je soubor iontů, elektronů, neutrálních atomů a molekul, který je v makroskopickém měřítku elektricky neutrální. Plazma dokáže uchovat velké množství vnitřní energie a na základě teplotních charakteristik se dělí na tepelné plazma a studené plazma. V systémech PECVD se používá studené plazma, které se vytváří nízkotlakým výbojem plynu za vzniku nerovnovážného plynného plazmatu.

Jaké jsou vlastnosti studené plazmy?

Náhodný tepelný pohyb: Náhodný tepelný pohyb elektronů a iontů v plazmatu převyšuje jejich směrový pohyb.

Ionizační proces: Primárně způsobený srážkami mezi rychlými elektrony a molekulami plynu.

Energetická disparita: Průměrná tepelná pohybová energie elektronů je o 1 až 2 řády vyšší než u těžkých částic (jako jsou molekuly, atomy, ionty a radikály).

Energetický kompenzační mechanismus: Ztráta energie při srážkách mezi elektrony a těžkými částicemi může být kompenzována elektrickým polem.

Vzhledem ke složitosti nízkoteplotního nerovnovážného plazmatu je náročné popsat jeho charakteristiky pomocí několika parametrů. V technologii PECVD je primární úlohou plazmy generovat chemicky aktivní ionty a radikály. Tyto aktivní látky mohou reagovat s jinými ionty, atomy nebo molekulami nebo iniciovat poškození mřížky a chemické reakce na povrchu substrátu. Výtěžek aktivních látek závisí na hustotě elektronů, koncentraci reaktantů a koeficientech výtěžnosti, které souvisejí s intenzitou elektrického pole, tlakem plynu a střední volnou dráhou srážek částic.

Jak se PECVD liší od tradičního CVD?

Hlavní rozdíl mezi PECVD a tradiční chemickou depozicí z plynné fáze (CVD) spočívá v termodynamických principech chemických reakcí. V PECVD je disociace molekul plynu v plazmě neselektivní, což vede k ukládání filmových vrstev, které mohou mít jedinečné složení v nerovnovážném stavu, které není omezeno rovnovážnou kinetikou. Typickým příkladem je tvorba amorfních nebo nekrystalických filmů.

Charakteristika PECVD

Nízká teplota depozice: Pomáhá snižovat vnitřní pnutí způsobené nesprávnými koeficienty lineární tepelné roztažnosti mezi fólií a materiálem substrátu.

Vysoká depoziční rychlost: Zejména za podmínek nízké teploty je tato vlastnost výhodná pro získání amorfních a mikrokrystalických filmů.

Snížení tepelného poškození: Nízkoteplotní proces minimalizuje tepelné poškození, snižuje vzájemnou difúzi a reakce mezi fólií a materiálem substrátu a snižuje dopad vysokých teplot na elektrické vlastnosti zařízení.