Quy trình PECVD

Lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma (PECVD) là một công nghệ được sử dụng rộng rãi trong sản xuất chip. Nó sử dụng động năng của các electron trong plasma để kích hoạt các phản ứng hóa học trong pha khí, nhờ đó đạt được sự lắng đọng màng mỏng. Plasma là tập hợp các ion, electron, nguyên tử trung tính và phân tử trung hòa về điện ở quy mô vĩ mô. Plasma có thể lưu trữ một lượng lớn năng lượng bên trong và dựa trên đặc tính nhiệt độ của nó, nó được phân loại thành plasma nhiệt và plasma lạnh. Trong hệ thống PECVD, plasma lạnh được sử dụng, được hình thành thông qua việc xả khí áp suất thấp để tạo ra plasma khí không cân bằng.

Các tính chất của plasma lạnh là gì?

Chuyển động nhiệt ngẫu nhiên: Chuyển động nhiệt ngẫu nhiên của các electron và ion trong plasma vượt quá chuyển động định hướng của chúng.

Quá trình ion hóa: Chủ yếu gây ra bởi sự va chạm giữa các electron nhanh và các phân tử khí.

Chênh lệch năng lượng: Năng lượng chuyển động nhiệt trung bình của các electron cao hơn từ 1 đến 2 bậc so với năng lượng của các hạt nặng (như phân tử, nguyên tử, ion và gốc).

Cơ chế bù năng lượng: Sự mất mát năng lượng do va chạm giữa các electron và các hạt nặng có thể được bù lại bằng điện trường.

Do tính phức tạp của plasma không cân bằng ở nhiệt độ thấp nên việc mô tả các đặc tính của nó bằng một vài thông số là rất khó khăn. Trong công nghệ PECVD, vai trò chính của plasma là tạo ra các ion và gốc có hoạt tính hóa học. Những hoạt chất này có thể phản ứng với các ion, nguyên tử hoặc phân tử khác hoặc gây ra sự phá hủy mạng tinh thể và các phản ứng hóa học trên bề mặt chất nền. Hiệu suất của các chất hoạt động phụ thuộc vào mật độ electron, nồng độ chất phản ứng và hệ số hiệu suất, liên quan đến cường độ điện trường, áp suất khí và đường đi tự do trung bình của va chạm hạt.

PECVD khác với CVD truyền thống như thế nào?

Sự khác biệt chính giữa PECVD và lắng đọng hơi hóa học truyền thống (CVD) nằm ở nguyên lý nhiệt động của các phản ứng hóa học. Trong PECVD, sự phân ly của các phân tử khí trong plasma là không chọn lọc, dẫn đến sự lắng đọng của các lớp màng có thể có thành phần duy nhất ở trạng thái không cân bằng, không bị hạn chế bởi động học cân bằng. Một ví dụ điển hình là sự hình thành các màng vô định hình hoặc không kết tinh.

Đặc điểm của PECVD

Nhiệt độ lắng đọng thấp: Điều này giúp giảm ứng suất bên trong do hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính không khớp giữa màng và vật liệu nền.

Tốc độ lắng đọng cao: Đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ thấp, đặc tính này có lợi cho việc thu được màng vô định hình và vi tinh thể.

Giảm thiệt hại do nhiệt: Quá trình xử lý ở nhiệt độ thấp giảm thiểu thiệt hại do nhiệt, giảm sự khuếch tán và phản ứng giữa màng và vật liệu nền, đồng thời giảm tác động của nhiệt độ cao đến tính chất điện của thiết bị.