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玻璃加工 等离子体增强化学气相沉积工艺

发布时间:2016/7/2

等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical deposition, PECVD)是一种在低压化学气相沉积过程进行的同时,利用等离子体对沉积过程施加影响的技术,可以沉积Si〇2、Si3N4、非晶Si: H、多晶Si、 SiC、GaAs、GaSb、Ti-Si等介电和半导体膜。等离子体在化学气相沉积过程中的作用有以下几点:

①等离子体中含有大量高能量的电子(平均能量1〜20eV),它们可以提供化学气相沉积过程所需 要的激活能②电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化合、激发和电离过程,生 成活性很高的各种化学基团,这两点能够显著降低CVD薄膜沉积的温度范围,使得原来需要在高 温下才能进行的CVD过程得以在低温实现;③加速反应物的表面迁移率,提高成膜速度;④对衬 底及膜层的溅射清洗,强化薄膜附着力;⑤等离子体中诸离子的碰撞、散射作用,会使膜厚均匀。 等离子体CVD又可分以下几类。

(1) 直流辉光放电等离子体CVD在真空室内两个平板电极间加一直流高压,在一定气压 下,调节镇流电阻,真空室内的气体电离放电,产生辉光。如果在负极板上放置一个衬底,就可 以在衬底上成膜。

(2) 高频感应电加热等离子体CVD (RFCVD) 将高频电通过波导管导入缠绕在反应腔外 侧的感应线圈中,产生高频放电,形成高频等离子体。等离子体中高温高能量电子与反应气体碰 撞产生活化离子,它们之间相互反应在基板上形成所需的产物。该装置的特点是能对腔体和基板 同时加热,可实现中低温沉积,与平行电容耦合放电PECVD及热CVD相比,由于无电极放电,故减少了电极物质造成的污染。

(3) 微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR microwave plasma CVD reactorECRCVD)这是一种用微波放电产生等离子体进行化学气相沉积的先进方法,于20世纪80年 代初期发展起来,该方法可以更有效地利用等离子体,改善沉积膜的质量,谋求沉积工艺的低温 化,其新颖独特的优点,引起人们的极大关注。基本原理是将用磁控管产生的微波用波导送入等离子体生成室,等离子体生成室电子在微波场作 用下产生螺旋运动,被螺旋加速的电子频率和微 波频率一致时,产生电子回旋共振(election cyclotron resonance, ECR)和共振吸收现象。吸收微波被加速的电子进一步和中性分子相碰撞,使 分子离子化,在低温、低气压(1.33X10—3〜 0. 133Pa)下,产生高产率的、稳定的、高密度 的等离子体。而且离化率高,电子能量分散性 小,通过调节磁场位形,可以控制离子平均能量 和分布,实现低温高速沉积各种薄膜。

ECRCVD的优点是:①反应气压低,一般低 于10-1Pa;②反应温度低,在50〜200°C范围;③离子能量低,仅10〜20eV;④衬底上的离子 密度高,大于1011cm3;⑤气体离解度高、激活物质和基团浓度高,使薄膜生长速率有极大提 高;⑥等离子体发生区和样品室分幵,使轰击样品表面的荷电粒子的能量与流量可以独立控制;⑦通过改变磁场及其结构,可以控制轰击衬底表面的离子能量;⑧离子能量分散度低。

ECRCVD的缺点是:造价较高,生长速率相对较小,在窗口上的沉积会影响设备的工作和 窗口的寿命,真空室壁上会有沉积污染。





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