กระบวนการ PECVD

การตกสะสมไอสารเคมีด้วยพลาสม่า (PECVD) เป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตชิป โดยใช้พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนภายในพลาสมาเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีในสถานะก๊าซ จึงเกิดการสะสมของฟิล์มบาง พลาสมาคือกลุ่มของไอออน อิเล็กตรอน อะตอมที่เป็นกลาง และโมเลกุล ซึ่งมีความเป็นกลางทางไฟฟ้าในระดับมหภาค พลาสมาสามารถกักเก็บพลังงานภายในได้จำนวนมาก และแบ่งตามลักษณะอุณหภูมิของพลาสมาออกเป็นพลาสมาความร้อนและพลาสมาเย็น ในระบบ PECVD จะใช้พลาสมาเย็น ซึ่งเกิดขึ้นจากการปล่อยก๊าซแรงดันต่ำเพื่อสร้างพลาสมาที่เป็นก๊าซที่ไม่สมดุล

คุณสมบัติของพลาสมาเย็นมีอะไรบ้าง?

การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนแบบสุ่ม: การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนแบบสุ่มของอิเล็กตรอนและไอออนในพลาสมามีการเคลื่อนที่เกินทิศทาง

กระบวนการไอออไนเซชัน: สาเหตุหลักเกิดจากการชนกันระหว่างอิเล็กตรอนเร็วกับโมเลกุลของก๊าซ

ความไม่สมดุลของพลังงาน: พลังงานการเคลื่อนที่เชิงความร้อนโดยเฉลี่ยของอิเล็กตรอนคือขนาดที่สูงกว่าอนุภาคหนัก 1 ถึง 2 เท่า (เช่น โมเลกุล อะตอม ไอออน และอนุมูล)

กลไกการชดเชยพลังงาน: พลังงานที่สูญเสียจากการชนกันระหว่างอิเล็กตรอนและอนุภาคหนักสามารถชดเชยได้ด้วยสนามไฟฟ้า

เนื่องจากความซับซ้อนของพลาสมาที่ไม่สมดุลที่อุณหภูมิต่ำ จึงเป็นเรื่องยากที่จะอธิบายคุณลักษณะด้วยพารามิเตอร์เพียงไม่กี่ตัว ในเทคโนโลยี PECVD บทบาทหลักของพลาสมาคือการสร้างไอออนและอนุมูลที่มีฤทธิ์ทางเคมี สายพันธุ์ที่ออกฤทธิ์เหล่านี้สามารถทำปฏิกิริยากับไอออน อะตอม หรือโมเลกุลอื่นๆ หรือเริ่มต้นความเสียหายของโครงตาข่ายและปฏิกิริยาทางเคมีบนพื้นผิวของสารตั้งต้น ผลผลิตของสายพันธุ์ที่มีฤทธิ์ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ความเข้มข้นของสารตั้งต้น และค่าสัมประสิทธิ์ผลผลิต ซึ่งสัมพันธ์กับความแรงของสนามไฟฟ้า ความดันก๊าซ และเส้นทางเฉลี่ยของการชนกันของอนุภาค

PECVD แตกต่างจาก CVD แบบดั้งเดิมอย่างไร

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง PECVD และการสะสมไอสารเคมี (CVD) แบบดั้งเดิมอยู่ที่หลักการทางอุณหพลศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมี ใน PECVD การแยกตัวของโมเลกุลก๊าซภายในพลาสมาเป็นแบบไม่เลือกสรร ซึ่งนำไปสู่การสะสมตัวของชั้นฟิล์มที่อาจมีองค์ประกอบเฉพาะในสถานะที่ไม่สมดุล ไม่ถูกจำกัดโดยจลนศาสตร์ของสมดุล ตัวอย่างทั่วไปคือการก่อตัวของฟิล์มอสัณฐานหรือไม่มีผลึก

ลักษณะของ PECVD

อุณหภูมิการสะสมต่ำ: ซึ่งจะช่วยลดความเครียดภายในที่เกิดจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นที่ไม่ตรงกันระหว่างฟิล์มและวัสดุซับสเตรต

อัตราการสะสมสูง: โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิต่ำ คุณลักษณะนี้มีข้อได้เปรียบในการได้รับฟิล์มอสัณฐานและไมโครคริสตัลไลน์

ลดความเสียหายจากความร้อน: กระบวนการที่อุณหภูมิต่ำช่วยลดความเสียหายจากความร้อน ลดการแพร่กระจายและปฏิกิริยาระหว่างฟิล์มและวัสดุพื้นผิว และลดผลกระทบของอุณหภูมิสูงต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้าของอุปกรณ์