PECVD 技术的特点

文章作者:广东振华科技
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发布时间:2023-12-14
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(1)等离子体增强化学气相沉积温度低。等离子体增强化学气相沉积技术的优势在于它可以在比传统的化学气相沉积低得多的温度下获得单质或化合物薄膜材料。它是借助于气体辉光放电产生的低温等离子体的能量激活 CVD 反应,电子的能量被用于产生反应活性物和带电粒子,而气体的温度本质上不会增加。实际上,这是一种由辉光放电产生的非平衡等离子体,原本在热力学平衡态下需要相当高温才能发生的化学反应,若利用这种非平衡等离子体便可以在低得多的温度条件下实现。在常规 CVD 技术中需要用外加热使初始气体分解,而在 PECVD 技术中是利用等离子体中电子的动能去激发气相化学反应的因此使用该项技术,可在低的基体温度 (一般低于 600℃)进行沉积。应用 PECVD 技术许多在热 CVD条件下进行十分缓慢或不能进行的反应能够得以进行。以下表格为一些膜层沉积中等离子体增强 CVD 与热 CVD 典型的沉积温度范围。


大图.jpg


等离子体增强 CVD 与热 CVD 典型的积温度范围

沉积薄膜

沉积温度/℃

热CVD

等离子体增强 CVD

硅外延膜

1000~1250

750

多晶硅

650

200~400

Si3N4

900

300

SiO2

800~1100

300

TIC

900~1100

500

TIN

900~1100

500

WC

1000

325~525

  在上表格所示的沉积温度下,采用热 CVD 是根本不会发生任何反应的。这正是因为上述所介绍的等离子体增强 CVD 不是靠气体温度使气体激发、离解,而是靠等离子体中电子的高能量。在辉光放电的范围所形成的等离子体的电子温度能量在 1~10eV,完全可以打断气体原子间的化学键,使气体激发和离解,形成高化学活性的离子和各种化学基团。这在半导体工艺掺杂中十分有用,如硼、磷在温度超过 800C时,就会产生显著扩散使器件性能变坏。采用等离子体增强 CVD,可容易地在这些掺杂的衬底上沉积各种膜层。


(2)PECVD 技术通常在较低的压力下进行,可以提高沉积速率,增加膜厚均匀性。这是因为多数的 PECVD 在辉光放电中所用的压力比较低,从而增强了反应气体与生成气体产物穿过边界层,在平流层和衬底表面之间的质量输运;同时由于反应物中分子、原子等离子粒团与电子之间的碰撞、散射、电离等作用,膜层厚度的均匀性也得到改善,膜层针孔少,组织致密,内应力小,不易产生微裂纹。特别是低温沉积利于获得非晶态和微晶和不能获得的物质结构,在PECVD 系统中将可能发生。例如体积分数为 1%的甲烷在H2中的混合物热解时,在热平衡的 CVD 中得到的是石墨薄膜,而在非平衡的等离子体化气相沉积中可以得到金刚石薄膜。


(3)PECVD 技术可用于获得性能独特的薄膜。为维持 PECVD 系统的稳定性,需要不薄膜。wic断从外界输人能量,也就是说,PECVD 系统实际上处于非平衡状态,即能量耗散状态根据耗散结构理论,PECVD 的沉积产物将呈多样性,一些按热平衡理论不能发生的反应。


(4)PECVD 技术可用于生长界面峭的多层结构。在PECVD 的低温沉积条件下,如果没有等离子体,沉积反应几乎不会发生。而一旦有等离子体存在,沉积反应就能以适当的速度进行。这样一来,可以把等离子体作为沉积反应的开关,用于开始和停止沉积反应。由于等离子体开关的反应时间相当于气体分子的碰撞时间 (气压133Pa时为1ms)因此利用PECVD 技术可生长界面陡峭的多层结构。

(5)扩大了化学气相沉积的应用范围,特别是提供了在不同的基片制备各种金属膜非晶态无机物膜、有机聚合膜的可能性。

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