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PECVD是什么

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icbee - 半导体制程整合工程师
擅长:制程整合工程师

PECVD--等离子体化学气相沉积法

  为了使化学反应能在较低的温度下进行,利用了等离子体的活性来促进反应,因而这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积(PECVD).

  实验机理:

  辉光放电等离子体中:电子密度高(109~1012/cm3)

  电子气温度比普通气体分子温度高出10-100倍

  虽环境温度(100-300℃),但反应气体在辉光放电等离子体中能受激分解,离解和离化,从而大大提高了参与反应物的活性。

  因此,这些具有高反应活性的中性物质很容易被吸附到较低温度的基本表面上,发生非平衡的化学反应沉积生成薄膜。

  优点:基本温度低;沉积速率快;
成膜质量好,针孔少,不易龟裂。

  缺点:1.设备投资大、成本高,对气体的纯度要求高;

  2.涂层过程中产生的剧烈噪音、强光辐射、有害气体、金属蒸汽粉尘等对人体有害;

  3.对小孔孔径内表面难以涂层等

PECVD工艺的基本原理

PECVD技术是在低气压下,利用低温等离子体在工艺腔体的阴极上(即样品放置的托盘)产生辉光放电,利用辉光放电(或另加发热体)使样品升温到预定的温度,然后通入适量的工艺气体,这些气体经一系列化学反应和等离子体反应,最终在样品表面形成固态薄膜。其工艺原理示意图如图1所示。


在反应过程中,反应气体从进气口进入炉腔,逐渐扩散至样品表面,在射频源激发的电场作用下,反应气体分解成电子、离子和活性基团等。这些分解物发生化学反应,生成形成膜的初始成分和副反应物,这些生成物以化学键的形式吸附到样品表面,生成固态膜的晶核,晶核逐渐生长成岛状物,岛状物继续生长成连续的薄膜。在薄膜生长过程中,各种副产物从膜的表面逐渐脱离,在真空泵的作用下从出口排出。

2.2PECVD设备的基本结构

PECVD设备主要由真空和压力控制系统、淀积系统、气体及流量控制、系统安全保护系统、计算机控制等部分组成。其设备结构框图如图2所示。

2.2.1真空和压力控制系统

真空和压力控制系统包括机械泵、分子泵、粗抽阀、前级阀、闸板阀、真空计等。为了减少氮气、氧气以及水蒸气对淀积工艺的影响,真空系统一般采用干泵和分子泵进行抽气,干泵用于抽低真空,与常用的机械油泵相比,可以避免油泵中的油气进入真空室污染基片。在干泵抽到一定压力以下后,打开闸板阀,用分子泵抽高真空。分子泵的特点是抽本体真空能力强,尤其是除水蒸汽的能力非常强。

2.2.2淀积系统

淀积系统由射频电源、水冷系统、基片加热装置等组成。它是PECVD的核心部分。射频电源的作用是使反应气体离子化。水冷系统主要为PECVD系统的机械泵、罗茨泵、干泵、分子泵等提供冷却,当水温超过泵体要求的温度时,它会发出报警信号。冷却水的管路采用塑料管等绝缘材料,不可用金属管。基片加热装置的作用使样品升温到工艺要求温度,除掉样品上的水蒸气等杂质,以提高薄膜与样品的附着力。

2.2.3气体及流量控制系统

PECVD系统的气源几乎都是由气体钢瓶供气,这些钢瓶被放置在有许多安全保护装置的气柜中,通过气柜上的控制面板、管道输送到PECVD的工艺腔体中。

在淀积时,反应气体的多少会影响淀积的速率及其均匀性等,因此需要严格控制气体流量,通常采用质量流量计来实现精确控制。



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  • 周波 提出于 2018-10-09 19:41

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