플라즈마 강화 화학 증기 증착

Plasma-enhanced chemical vapor deposition
프랑스 툴루즈의 LAAS 기술 시설에 있는 PECVD 기계

플라즈마 강화 화학증기증착(PECVD)은 기판 위에 있는 고체 상태로 얇은 막을 기체 상태(증기)에서 고체로 퇴적하는 데 사용되는 화학증기증착 공정이다.화학반응은 반응가스의 플라즈마 생성 후 발생하는 과정과 관련이 있다.플라즈마는 일반적으로 무선 주파수(RF) 주파수(교류(AC)) 주파수 또는 두 전극 사이의 직류(DC) 방전에 의해 생성되며, 그 사이의 공간은 반응 가스로 채워진다.

프로세스에 대한 배출

플라즈마는 원자나 분자의 상당한 비율이 이온화되는 모든 기체다.증착 및 관련 재료 처리에 사용되는 플라스마의 분율 이온화는 일반적인 용량성 방출의 경우−4 약 10개에서 고밀도 유도 플라스마의 경우 최대 5~10%까지 다양하다.처리 플라스마는 아크 방전 및 유도 플라스마는 대기압에서 점화될 수 있지만 일반적으로 몇 밀리터부터 몇 토르까지의 압력으로 작동된다.분율 이온화가 낮은 플라스마는 원자와 분자에 비해 전자가 너무 가벼워 전자와 중성 가스 사이의 에너지 교환이 매우 비효율적이기 때문에 재료 가공에 큰 관심이 있다.따라서, 중성 원자는 주변 온도에 머무르는 동안, 전자는 매우 높은 등가 온도 – 수 만 켈빈으로 유지될 수 있다.이러한 정력적인 전자는 전구 분자의 분리와 다량의 활성산소의 생성과 같이 낮은 온도에서 매우 가능성이 없는 많은 과정을 유도할 수 있다.

방전 내 침전물의 두 번째 이점은 전자가 이온보다 이동성이 높다는 사실에서 발생한다.결과적으로 플라즈마는 일반적으로 접촉하는 어떤 물체보다 더 양성이며 그렇지 않으면 전자의 큰 유속이 플라즈마에서 물체로 흐를 것이다.플라즈마와 그 접촉부의 물체 사이의 전압 차이는 일반적으로 얇은 피복 부위에 걸쳐 발생한다.피복부 가장자리로 확산되는 이온화된 원자나 분자는 정전력을 느끼고 인접 표면을 향해 가속된다.따라서 플라즈마에 노출된 모든 표면은 정력적인 이온폭격을 받는다.전기적으로 격리된 물체( 부유 전위)를 둘러싼 피복의 전위는 일반적으로 10~20V에 불과하지만 훨씬 더 높은 피복 전위는 원자로 기하학 및 구성의 조정을 통해 달성할 수 있다.따라서 영화는 퇴적하는 동안 정력적인 이온 폭격에 노출될 수 있다.이러한 폭격은 필름의 밀도를 증가시킬 수 있고 오염물질을 제거하는데 도움을 주어 필름의 전기적, 기계적 특성을 개선할 수 있다.고밀도 플라즈마를 사용할 때, 이온 밀도가 충분히 높아서 퇴적된 필름의 상당한 스퍼터링이 발생할 수 있다; 이 스퍼터링은 필름을 평면화하고 참호나 구멍을 채우는 데 도움을 주기 위해 사용될 수 있다.

원자로 종류

이 상용 시스템은 반도체 분야를 위해 설계되었으며 직경 8"의 3개의 표적을 포함하며, 지름이 최대 24"인 기판에 금속 또는 유전 필름을 적치하기 위해 개별 또는 동시에 실행할 수 있다.아르곤 국립 연구소에서 사용 중.

단순한 DC 방전은 두 전도성 전극 사이의 몇 토르에서 쉽게 만들어질 수 있으며 전도성 물질의 증착에 적합할 수 있다.그러나 절연필름은 침전물이 쌓이면 빨리 방전된다.전극과 원자로실의 전도성 벽 사이에 또는 서로 마주보고 있는 두 원통형 전도성 전극 사이에 AC 또는 RF 신호를 적용하여 용량성 방전을 흥분시키는 것이 더 일반적이다.후자의 구성은 평행판 원자로라고 알려져 있다.수십 Hz에서 수천 Hz의 주파수는 반복적으로 시작 및 소멸되는 시간 변동 플라스마(plasmas)를 생성하며, 수십 KHz에서 수십 MHz의 주파수는 합리적으로 시간 독립적 방출을 초래한다.

일반적으로 약 100kHz의 저주파(LF) 범위의 흥분 주파수는 방전을 유지하기 위해 수백 볼트가 필요하다.이러한 큰 전압은 표면의 고에너지 이온 폭격을 초래한다.고주파 플라스마는 산업용으로 널리 이용 가능한 표준 13.56 MHz 주파수에서 흥분되는 경우가 많다. 고주파에서는 피복 이동 및 피복으로부터의 산란으로 인한 변위 전류가 이온화를 지원하므로 낮은 전압은 더 높은 혈장 밀도를 달성하기에 충분하다.따라서 흥분 빈도를 변경하거나 이중주파 원자로에서 저주파 및 고주파 신호를 혼합하여 증착 시 화학 및 이온폭격을 조정할 수 있다.수십~수백 와트의 흥분력은 직경이 200~300 mm인 전극의 전형이다.

용량성 플라스마는 보통 매우 가볍게 이온화되어 전구체의 분리가 제한되고 증착률이 낮다.고주파 신호로 흥분한 유도 코일이 방출 내 전기장을 유도하여 피복 가장자리만이 아니라 플라즈마 자체의 전자를 가속시키는 유도성 방전을 사용하여 훨씬 더 밀도가 높은 플라스마를 만들 수 있다.전자 사이클로트론 공명형 원자로와 헬리콘파 안테나도 고밀도 방출을 만드는 데 이용됐다.현대식 원자로에서는 10kW 이상의 흥분력이 자주 사용된다.

고밀도 플라스마는 또한 전자가 풍부한 환경에서 DC 방전을 통해 발생할 수 있으며, 가열된 필라멘트로부터 열전자를 방출하여 얻을 수 있다.아크 방전에 필요한 전압은 수 십 볼트의 순서로 되어 있어 에너지 이온이 낮다.고밀도 저에너지 플라즈마는 저에너지 플라즈마 강화 화학증기 증착로에서 상피액체 증착에 이용된다.

오리진스

Swann은[who?] Standard Telecommunication Laboratory(STL)에서 근무하면서 RF 방전이 실리콘 화합물을 석영 유리 용기 벽으로 침전시키는 것을 촉진한다는 것을 발견했다.[1]1964년 프랑스,[2] 영국[3], 미국의[4] 특허 출원에 따라 여러 개의 내부 STL 출판물이 뒤를 이었다.1965년 8월 솔리드 스테이트 전자책에 한 기사가 실렸다.[5]

스완은 1960년대 에식스 주 STL 할로우에 있는 실험실에서 자신의 원래 시제품인 야광 방전 장비를 참관했다.
Richard Swann glow discharge photo 1.jpg Richard Swann glow discharge photo 2.jpg Richard Swann glow discharge photo 3.jpg

필름 예제 및 응용 프로그램

플라즈마 증착은 필름을 일정하게 (측벽 덮개) 및 금속 층이나 기타 온도에 민감한 구조물을 포함하는 웨이퍼에 보관하기 위해 반도체 제조에 종종 사용된다.또한 PECVD는 균일성을 희생하여 스퍼터 증착 및 열/전자 빔 증발과 비교하여 필름 품질(예: 거칠기, 결함/보이드)을 유지하면서 가장 빠른 증착률을 산출한다.

이산화규소 증착

이산화 규소는 디클로로실레인이나 실레인과 같은 실리콘 전구 기체와 산소 및 아산화질소와 같은 산소 전구체의 조합을 사용하여 침전될 수 있으며, 일반적으로 몇 밀리터러에서 몇 토르러까지의 압력에서 침전될 수 있다.이러한 방식으로 순수 질화물을 침전시키는 것은 불가능하지만 실레인과 암모니아 또는 질소로부터 형성된 플라즈마 퇴적 실리콘 질화물도 널리 사용되고 있다.플라즈마 질화물은 실리콘(Si-H)이나 질소(Si-NH)에 접착될 수 있는 많은 양의 수소를 항상 함유하고 있다.[6] 이 수소는 IR과 UV 흡수,[7] 안정성, 기계적 응력, 전기 전도성에 중요한 영향을 미친다.[8]이것은 상업용 다결정 실리콘 광전지의 표면 및 벌크 통과층으로 자주 사용된다.[9]

이산화 규소는 또한 산소 또는 산소 아르곤 플라즈마에 있는 테트라에틸로틸리케이트(TEOS) 실리콘 전구체로부터 침전될 수 있다.이러한 필름들은 실란으로 상당한 탄소 및 수소로 오염될 수 있으며 공기 중에[citation needed] 불안정할 수 있다.몇 개의 토르 및 작은 전극 스페이스의 압력 및/또는 이중 주파수 침적은 양호한 필름 안정성과 높은 증착률을 달성하는 데 도움이 된다.

실레인과 산소/아르곤에서 나오는 이산화규소의 고밀도 플라즈마 증착은 복잡한 표면에 걸쳐 양호한 정합성을 가진 거의 수소가 없는 필름을 만드는데 널리 사용되어 왔으며, 후자는 강렬한 이온 폭격과 그 결과 수직에서 수평 표면으로[citation needed] 퇴적된 분자의 스퍼팅으로 인해 발생한다.

참고 항목

참조

  1. ^ "First-Hand:The Birth of Glow Discharge Chemistry (aka PECVD) - Engineering and Technology History Wiki". ethw.org. Retrieved 2018-07-13.
  2. ^ Sterling and Swann. "Perfectionnements aux méthodes de formation de couches". bases-brevets.inpi.fr. Retrieved 2018-07-13.
  3. ^ Sterling and Swann, Improvements in or relating to a method of forming a layer of an inorganic compound
  4. ^ Sterling and Swann, Method of forming silicon oxide coatings in an electric discharge
  5. ^ Sterling, H.F; Swann, R.C.G (1965-08-01). "Chemical vapour deposition promoted by r.f. discharge". Solid-State Electronics. 8 (8): 653–654. doi:10.1016/0038-1101(65)90033-X. ISSN 0038-1101.
  6. ^ 아이와 아이딘리.실리콘 기반 PECVD 내 수소 본딩 비교 조사 광학 도파관용 유전체 생성.광학 재료(2004) 26(1) 페이지 33-46
  7. ^ 앨버스 외근적외선에서의 PECVD-SiOxNy 광학 도파관의 수소 유발 손실 감소.레이저와 전기-광학회 연차총회, 1995.제8회 연차총회 회의록 1권, IEEE(1995) 제2권 88-89권.2
  8. ^ G. 텔레즈 외, 고속 전자 응용을 위한 SiN 필름의 적외선 특성화. 미국 캘리포니아 몬터레이 해군 대학원 물리학과 석사(2004)
  9. ^ El amrani, A.; Menous, I.; Mahiou, L.; Tadjine, R.; Touati, A.; Lefgoum, A. (2008-10-01). "Silicon nitride film for solar cells". Renewable Energy. 33 (10): 2289–2293. doi:10.1016/j.renene.2007.12.015.