فرآیند PECVD

رسوب بخار شیمیایی افزایش یافته پلاسما (PECVD) یک فناوری پرکاربرد در تولید تراشه است. از انرژی جنبشی الکترون‌های داخل پلاسما برای فعال کردن واکنش‌های شیمیایی در فاز گاز استفاده می‌کند و در نتیجه به رسوب لایه نازک می‌رسد. پلاسما مجموعه‌ای از یون‌ها، الکترون‌ها، اتم‌های خنثی و مولکول‌ها است که از نظر الکتریکی در مقیاس ماکروسکوپی خنثی است. پلاسما می تواند مقدار زیادی انرژی داخلی را ذخیره کند و بر اساس ویژگی های دمایی آن، به پلاسمای حرارتی و پلاسمای سرد طبقه بندی می شود. در سیستم های PECVD از پلاسمای سرد استفاده می شود که از طریق تخلیه گاز کم فشار برای ایجاد پلاسمای گازی غیرتعادلی تشکیل می شود.

پلاسمای سرد چه خواصی دارد؟

حرکت حرارتی تصادفی: حرکت حرارتی تصادفی الکترونها و یونها در پلاسما از حرکت جهتی آنها بیشتر است.

فرآیند یونیزاسیون: عمدتاً در اثر برخورد بین الکترون‌های سریع و مولکول‌های گاز ایجاد می‌شود.

اختلاف انرژی: میانگین انرژی حرکت حرارتی الکترون ها 1 تا 2 مرتبه بزرگتر از ذرات سنگین (مانند مولکول ها، اتم ها، یون ها و رادیکال ها) است.

مکانیسم جبران انرژی: اتلاف انرژی ناشی از برخورد بین الکترون ها و ذرات سنگین را می توان با میدان الکتریکی جبران کرد.

با توجه به پیچیدگی پلاسمای غیر تعادلی با دمای پایین، توصیف ویژگی‌های آن با چند پارامتر چالش برانگیز است. در فناوری PECVD، نقش اصلی پلاسما تولید یون‌ها و رادیکال‌های فعال شیمیایی است. این گونه‌های فعال می‌توانند با یون‌ها، اتم‌ها یا مولکول‌های دیگر واکنش نشان دهند یا باعث آسیب شبکه و واکنش‌های شیمیایی روی سطح بستر شوند. بازده گونه های فعال به چگالی الکترون، غلظت واکنش دهنده و ضرایب تسلیم بستگی دارد که به شدت میدان الکتریکی، فشار گاز و میانگین مسیر آزاد برخورد ذرات مربوط می شود.

چگونه PECVD با CVD سنتی متفاوت است؟

تفاوت اصلی بین PECVD و رسوب بخار شیمیایی سنتی (CVD) در اصول ترمودینامیکی واکنش های شیمیایی نهفته است. در PECVD، تفکیک مولکول‌های گاز در پلاسما غیرانتخابی است، که منجر به رسوب لایه‌های فیلم می‌شود که ممکن است ترکیب منحصربه‌فردی در حالت غیرتعادلی داشته باشند، که توسط سینتیک تعادل محدود نمی‌شود. یک مثال معمولی تشکیل فیلم های آمورف یا غیر بلوری است.

ویژگی های PECVD

دمای رسوب پایین: این به کاهش تنش داخلی ناشی از عدم تطابق ضرایب انبساط حرارتی خطی بین فیلم و ماده زیرلایه کمک می کند.

نرخ رسوب بالا: به ویژه در شرایط دمای پایین، این ویژگی برای به دست آوردن فیلم های آمورف و میکرو کریستالی سودمند است.

کاهش آسیب حرارتی: فرآیند دمای پایین آسیب حرارتی را به حداقل می‌رساند، انتشار میانی و واکنش‌های بین فیلم و مواد زیرلایه را کاهش می‌دهد و تأثیر دماهای بالا را بر خواص الکتریکی دستگاه‌ها کاهش می‌دهد.