PECVD – Plasma Enhanced CVD

PECVD je kombinací chemických a fyzikálních procesů, jedná se v podstatě o přechod mezi CVD a PVD. Tato metoda byla vyvinuta v 60. letech 20. století pro výrobu polovodičů, především pro depozici nitridu křemíku.

Princip

Pokud zahřejeme dvouatomový plyn (např. H2) nad určitou teplotu, dojde k jeho disociaci na atomy (H2 → 2 H). Tyto atomy budou z určité části ionizovány (odtrhnutím elektronu dojde k vytvoření iontu). Vzniklá směs iontů (kationty a elektrony) a neionizovaných atomů se nazývá plasma. Tento způsob je ovšem pro praktické využití téměř nepoužitelný, protože musíme dosáhnout velmi vysokých teplot (>5 000 K). To je samozřejmě velmi nákladné.

Výhodnější a proto používanější metodou je využití působení elektrické energie na plyn, např. nízkofrekvenční obloukový výboj.

Výhody PECVD

  • Depozice probíhá při nižší teplotě než u klasického provedení. Toto je hlavní výhoda PECVD, protože můžeme pro depozici použít i substráty s nízkou teplotou tání, např. hliník nebo organické polymery.
  • Díky nízké teplotě depozice je potlačen vliv rozdílné tepelné roztažnosti substrátu a filmu.
  • Při nízké teplotě vznikají amorfní nebo polykrystalické vrstvy, které mají často velmi výhodné vlastnosti.
Tab. 1: Srovnání teplot depozice pro MOCVD a PECVD
Materiál Teplota depozice [°C]
MOCVD PECVD
Nitrid křemíku 900 300
Oxid křemičitý 800–1 100 300
Karbid titanu 900–1 100 500
Nitrid titanu 900–1 100 500

Omezení PECVD

Pomocí PECVD je obtížné získat materiál o vysoké čistotě. Často jsou v depozitu zachyceny vedlejší produkty nebo stopy plynů (H2, …). Někdy se ovšem jedná o výhodu, protože např. křemík užívaný v solárních článcích má lepší optoelektrické vlastnosti pokud obsahuje vodík.

Citlivější substráty používané pro některé polovodičové materiály mohou být poškozeny bombardováním ionty z plazmatu, zvlášt pokud mají vyšší energii než 20 eV. Plasma také reaguje s povrchem substrátu, takže rychlost depozice a vlastnosti připraveného filmu závisí na stálosti plazmatu.

Zařízení pro PECVD je relativně komplikované a drahé.

I s ohledem na tyto nevýhody je PECVD používána v mnoha oblastech.

Příklady použití

Tab. 2: Příklady použití PECVD
Materiál Prekurzor Teplota [°C] Využití
α–Si SiH4–H2 250 polovodiče, solární články
Si3N4 SiH4–H2–NH3 300 pasivace
boro–fosfo–silikáty SiH4–TEOS–B2H6–PH3 355 pasivace
WSi2 WF6–SiH4 230 vodiče v integrovaných obvodech
TiSi2 TiCl4–SiH4 380–450 vodiče v integrovaných obvodech

Další kapitoly

Leave a Reply