PECVD 的原理與故障分析

WaterOff

2018-03-17 06:45:19

1PECVD的種類　　等離子體化學氣相淀積是在低壓化學氣相淀積的同時，行使輝光放電等離子對過程施加影響，在襯底上制備出多晶薄膜。這種方法是日本科尼卡公司在1994年提出的，其等離子體的產生方法多采用射頻法，故稱為RF-PECVD。其射頻電場采用兩種不同的耦合方式，即電感耦合和電容耦合[1]。　　采用RF-PECVD技術制備薄膜時，為了實現低溫淀積，必須使用稀釋的硅烷作為反應氣體，因此淀積速度有限。VHF-PECVD技術因為VHF激發的等離子體比常規的射頻產生的等離子體電子溫度更低、密度更大[2]，因而能夠大幅度進步薄膜的淀積速率，在現實應用中獲得了更廣泛的應用。　　DBD-PECVD是有絕緣介質插入放電空間的一種非平衡態氣體放電（又稱介質阻擋電暈放電或無聲放電）。這種放電方式兼有輝光放電的大空間均勻放電和電暈放電的高氣壓運行特點，正漸漸用于制備硅薄膜中[3]。　　MWECR-PECVD是行使電子在微波和磁場中的回旋共振效應，在真空條件下形成高活性和高密度的等離子體進行氣相化學反應。在低溫下形成優質薄膜的技術。這種方法的等離子體是由電磁波激發而產生，其常用頻率為2450MHz，通過改變電磁波光子能量可直接改變使氣體分解成粒子的能量和生存壽命，從而對薄膜的生成和膜外觀的處理機制產生龐大影響，并從根本上決定生成膜的結構、特征和穩固性[4]。　　2.1PECVD工藝的基本原理　　在反應過程中，反應氣體從進氣口進入爐腔，漸漸擴散至樣品外觀，在射頻源激發的電場作用下，反應氣體分解成電子、離子和活性基團等。這些分解物發生化學反應，生成形成膜的初始成分和副反應物，這些生成物以化學鍵的情勢吸附到樣品外觀，生成固態膜的晶核，晶核漸漸生長成島狀物，島狀物繼承生長成延續的薄膜。在薄膜生長過程中，各種副產物從膜的外觀漸漸離開，在真空泵的作用下從出口排出。　　PECVD設備重要由真空和壓力控制體系、淀積體系、氣體及流量控制、體系安全珍愛體系、計算機控制等部分組成。其設備結構框圖如圖2所示。　　真空和壓力控制體系包括機械泵、分子泵、粗抽閥、前級閥、閘板閥、真空計等。為了削減氮氣、氧氣以及水蒸氣對淀積工藝的影響，真空體系一樣平常采用干泵和分子泵進行抽氣，干泵用于抽低真空，與常用的機械油泵相比，可以避免油泵中的油氣進入真空室污染基片。在干泵抽到肯定壓力以下后，打開閘板閥，用分子泵抽高真空。分子泵的特點是抽本體真空能力強，尤其是除水蒸汽的能力特別很是強。　　淀積體系由射頻電源、水冷體系、基片加熱裝配等組成。它是PECVD的核心部分。射頻電源的作用是使反應氣體離子化。水冷體系重要為PECVD體系的機械泵、羅茨泵、干泵、分子泵等提供冷卻，當水溫超過泵體要求的溫度時，它會發出報警旌旗燈號。冷卻水的管路采用塑料管等絕緣材料，不可用金屬管。基片加熱裝配的作用使樣品升溫到工藝要求溫度，除掉樣品上的水蒸氣等雜質，以進步薄膜與樣品的附著力。　　PECVD體系的氣源幾乎都是由氣體鋼瓶供氣，這些鋼瓶被放置在有很多安全珍愛裝配的氣柜中，通過氣柜上的控制面板、管道輸送到PECVD的工藝腔體中。 3常見題目及影響工藝重要因素　　3.1.1無法起輝　　（1）射頻電源故障，檢查射頻源電源功率輸出是否正常。　　（3）腔體極板清潔度不夠，用萬用表測量腔體上下極板的對地電阻，正常值應在數十兆歐以上，若非常，則清潔腔體極板。　　（5）真空度太差，檢查腔體真空度是否正常。　　（1）電源電流不穩，測量電源供電是否穩固。　　（3）電纜故障，檢查電纜接觸是否優秀。　　（1）樣片外觀清潔度差，檢查樣品外觀是否清潔。　　（3）樣品溫度非常，檢查溫控體系是否正常，校準測溫熱電偶。　　（5）射頻功率設置不合理，檢查射頻電源，調整設置功率。　　（1）射頻輸入功率不合適，調整射頻功率。　　（3）真空腔體壓力低，調整工藝氣體流量。　　（1）檢查設備真空體系的波紋管是否有裂紋。　　（3）手動檢查蝶閥開關是否正常。　　3.2影響工藝的因素　　3.2.1極板間距和反應室尺寸　　（1）起輝電壓：間距的選擇應使起輝電壓盡量低，以降低等離子電位，削減對襯底的損傷。　　3.2.2射頻電源的工作頻率　　3.2.3射頻功率　　3.2.4氣壓　　3.2.5襯底溫度　　襯底溫度對淀積速率的影響小，但對薄膜的質量影響很大。溫度越高，淀積膜的致密性越大，高溫加強了外觀反應，改善了膜的成分。　　以上是對PECVD設備碰到題目的一些領會，PECVD工藝是一門復雜的工藝，要保證淀積薄膜的質量，除了要保證設備的穩固性外，還必須掌握和精通其工藝原理及影響薄膜質量的各種因素，以便在出現故障時，能敏捷分析出導致故障的緣故原由。另外，對設備的日常維護和保養也特別很是緊張。　　[1]陳建國，程宇航，吳一平，等.射頻-直流等離子體加強化學氣相淀積設備的研制[J].真空與低溫，1998，4(1)：30-34. 　　[3]陳萌炯.RF-PECVD和DBD-PECVD制備a-Si：H薄膜的性能研究及其比較[D].浙江：浙江大學，2006. 更多納米防水資訊請關注納米防水微信號: nanowp