PECVD 的原理与故障分析

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2018-03-17 06:45:19

1PECVD的种类　　等离子体化学气相淀积是在低压化学气相淀积的同时，行使辉光放电等离子对过程施加影响，在衬底上制备出多晶薄膜。这种方法是日本科尼卡公司在1994年提出的，其等离子体的产生方法多采用射频法，故称为RF-PECVD。其射频电场采用两种不同的耦合方式，即电感耦合和电容耦合[1]。　　采用RF-PECVD技术制备薄膜时，为了实现低温淀积，必须使用稀释的硅烷作为反应气体，因此淀积速度有限。VHF-PECVD技术因为VHF激发的等离子体比常规的射频产生的等离子体电子温度更低、密度更大[2]，因而能够大幅度进步薄膜的淀积速率，在现实应用中获得了更广泛的应用。　　DBD-PECVD是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电（又称介质阻挡电晕放电或无声放电）。这种放电方式兼有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行特点，正渐渐用于制备硅薄膜中[3]。　　MWECR-PECVD是行使电子在微波和磁场中的回旋共振效应，在真空条件下形成高活性和高密度的等离子体进行气相化学反应。在低温下形成优质薄膜的技术。这种方法的等离子体是由电磁波激发而产生，其常用频率为2450MHz，通过改变电磁波光子能量可直接改变使气体分解成粒子的能量和生存寿命，从而对薄膜的生成和膜外观的处理机制产生庞大影响，并从根本上决定生成膜的结构、特征和稳固性[4]。　　2.1PECVD工艺的基本原理　　在反应过程中，反应气体从进气口进入炉腔，渐渐扩散至样品外观，在射频源激发的电场作用下，反应气体分解成电子、离子和活性基团等。这些分解物发生化学反应，生成形成膜的初始成分和副反应物，这些生成物以化学键的情势吸附到样品外观，生成固态膜的晶核，晶核渐渐生长成岛状物，岛状物继承生长成延续的薄膜。在薄膜生长过程中，各种副产物从膜的外观渐渐离开，在真空泵的作用下从出口排出。　　PECVD设备重要由真空和压力控制体系、淀积体系、气体及流量控制、体系安全珍爱体系、计算机控制等部分组成。其设备结构框图如图2所示。　　真空和压力控制体系包括机械泵、分子泵、粗抽阀、前级阀、闸板阀、真空计等。为了削减氮气、氧气以及水蒸气对淀积工艺的影响，真空体系一样平常采用干泵和分子泵进行抽气，干泵用于抽低真空，与常用的机械油泵相比，可以避免油泵中的油气进入真空室污染基片。在干泵抽到肯定压力以下后，打开闸板阀，用分子泵抽高真空。分子泵的特点是抽本体真空能力强，尤其是除水蒸汽的能力特别很是强。　　淀积体系由射频电源、水冷体系、基片加热装配等组成。它是PECVD的核心部分。射频电源的作用是使反应气体离子化。水冷体系重要为PECVD体系的机械泵、罗茨泵、干泵、分子泵等提供冷却，当水温超过泵体要求的温度时，它会发出报警旌旗灯号。冷却水的管路采用塑料管等绝缘材料，不可用金属管。基片加热装配的作用使样品升温到工艺要求温度，除掉样品上的水蒸气等杂质，以进步薄膜与样品的附着力。　　PECVD体系的气源几乎都是由气体钢瓶供气，这些钢瓶被放置在有很多安全珍爱装配的气柜中，通过气柜上的控制面板、管道输送到PECVD的工艺腔体中。 3常见题目及影响工艺重要因素　　3.1.1无法起辉　　（1）射频电源故障，检查射频源电源功率输出是否正常。　　（3）腔体极板清洁度不够，用万用表测量腔体上下极板的对地电阻，正常值应在数十兆欧以上，若非常，则清洁腔体极板。　　（5）真空度太差，检查腔体真空度是否正常。　　（1）电源电流不稳，测量电源供电是否稳固。　　（3）电缆故障，检查电缆接触是否优秀。　　（1）样片外观清洁度差，检查样品外观是否清洁。　　（3）样品温度非常，检查温控体系是否正常，校准测温热电偶。　　（5）射频功率设置不合理，检查射频电源，调整设置功率。　　（1）射频输入功率不合适，调整射频功率。　　（3）真空腔体压力低，调整工艺气体流量。　　（1）检查设备真空体系的波纹管是否有裂纹。　　（3）手动检查蝶阀开关是否正常。　　3.2影响工艺的因素　　3.2.1极板间距和反应室尺寸　　（1）起辉电压：间距的选择应使起辉电压尽量低，以降低等离子电位，削减对衬底的损伤。　　3.2.2射频电源的工作频率　　3.2.3射频功率　　3.2.4气压　　3.2.5衬底温度　　衬底温度对淀积速率的影响小，但对薄膜的质量影响很大。温度越高，淀积膜的致密性越大，高温加强了外观反应，改善了膜的成分。　　以上是对PECVD设备碰到题目的一些领会，PECVD工艺是一门复杂的工艺，要保证淀积薄膜的质量，除了要保证设备的稳固性外，还必须掌握和精通其工艺原理及影响薄膜质量的各种因素，以便在出现故障时，能敏捷分析出导致故障的缘故原由。另外，对设备的日常维护和保养也特别很是紧张。　　[1]陈建国，程宇航，吴一平，等.射频-直流等离子体加强化学气相淀积设备的研制[J].真空与低温，1998，4(1)：30-34. 　　[3]陈萌炯.RF-PECVD和DBD-PECVD制备a-Si：H薄膜的性能研究及其比较[D].浙江：浙江大学，2006. 更多纳米防水资讯请关注纳米防水微信号: nanowp