Die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) ist ein wichtiger Prozess in der Halbleiterherstellung, insbesondere für die Abscheidung dünner Schichten auf Siliziumwafern.Das Verfahren beruht auf spezifischen Gasen, die in einem Plasma ionisiert werden, um chemische Reaktionen zu erleichtern, die zur Abscheidung der gewünschten Materialien führen.Zu den wichtigsten Gasen, die bei der PECVD verwendet werden, gehören Silan (SiH4), Ammoniak (NH3), Stickstoff (N2), Distickstoffoxid (N2O), Helium (He), Schwefelhexafluorid (SF6) und Tetraethylorthosilikat (TEOS).Die Auswahl dieser Gase richtet sich nach ihrer Reaktivität und der Art der abzuscheidenden Dünnschicht, z. B. Antireflexbeschichtungen oder dielektrische Schichten.Zusätzlich können in einigen Kammern Argon (Ar), Stickstofftrifluorid (NF3) und Dotiergase wie Phosphin (PH4) und Diboran (B2H) verwendet werden, obwohl letztere in den Verfahren noch nicht weit verbreitet sind.
Die wichtigsten Punkte erklärt:
-
Primäre Gase bei PECVD:
- Silan (SiH4):Ein wichtiges Vorläufergas, das bei der PECVD für die Abscheidung von dünnen Schichten auf Siliziumbasis, wie Siliziumnitrid (SiN) oder Siliziumdioxid (SiO2), verwendet wird.Es ist hochreaktiv und bildet das Rückgrat vieler Abscheidungsprozesse.
- Ammoniak (NH3):Wird häufig zusammen mit Silan zur Abscheidung von Siliziumnitridschichten verwendet.Ammoniak liefert den Stickstoff, der für die Bildung von SiN-Schichten erforderlich ist, die für Antireflexionsschichten in Solarzellen unerlässlich sind.
- Stickstoff (N2):Wird als Trägergas oder Verdünnungsmittel zur Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit und zur Stabilisierung des Plasmas verwendet.Es kann auch an Reaktionen zur Bildung stickstoffhaltiger Filme teilnehmen.
- Distickstoffoxid (N2O):Wird häufig für die Abscheidung von Siliziumdioxid (SiO2)-Filmen verwendet.Es liefert Sauerstoff für die Reaktion mit Silan zur Bildung von SiO2.
- Helium (He):Wird als Trägergas verwendet, um die Plasmastabilität und die Wärmeübertragung während des Abscheidungsprozesses zu verbessern.
- Schwefelhexafluorid (SF6):Wird bei Ätzprozessen oder zur Reinigung von Kammern verwendet, da es Rückstände auf Siliziumbasis sehr effektiv entfernt.
-
Spezialisierte Gase in der PECVD:
- Tetraethyl Orthosilikat (TEOS):Wird in TEOS-Kammern für die Abscheidung hochwertiger Siliziumdioxidschichten verwendet.TEOS wird wegen seiner Fähigkeit, gleichmäßige und konforme Schichten zu erzeugen, bevorzugt.
- Argon (Ar):Ein Inertgas, das zur Stabilisierung des Plasmas und zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit des Films verwendet wird.Es wird oft in Kombination mit anderen reaktiven Gasen verwendet.
- Stickstofftrifluorid (NF3):Wird zur Kammerreinigung verwendet, um Ablagerungen auf Silikonbasis zu entfernen.Es ist hochwirksam und hinterlässt nur minimale Rückstände.
- Dotiergase (PH4 + B2H):Diese Gase werden zur Dotierung von Siliziumschichten verwendet, um deren elektrische Eigenschaften zu verändern.Ihre Verwendung ist jedoch derzeit begrenzt, und bisher wurden noch keine Verfahren mit PH4 + B2H durchgeführt.
-
Die Rolle der Gase bei der PECVD:
- Plasmabildung:Gase wie Silan und Ammoniak werden durch Hochfrequenzenergie (RF) ionisiert und bilden ein Plasma, das chemisch reaktiv ist und die Abscheidung dünner Schichten ermöglicht.
- Filmabscheidung:Die reaktiven Stoffe im Plasma reagieren mit dem Substrat und bilden dünne Schichten.So reagieren beispielsweise Silan und Ammoniak zu Siliziumnitrid, während Silan und Distickstoffoxid Siliziumdioxid bilden.
- Kammerreinigung:Gase wie SF6 und NF3 werden zur Reinigung der Kammer verwendet, um Rückstände auf Siliziumbasis zu entfernen und so eine gleichbleibende Schichtqualität in den nachfolgenden Prozessen zu gewährleisten.
-
Anwendungen von PECVD-Gasen:
- Antireflexionsbeschichtungen:Silan und Ammoniak werden zur Abscheidung von Siliziumnitridschichten verwendet, die für die Verringerung der Reflexion und die Verbesserung des Wirkungsgrads von Solarzellen unerlässlich sind.
- Dielektrische Schichten:Gase wie TEOS und Distickstoffoxid werden zur Abscheidung von Siliziumdioxidschichten verwendet, die als Isolierschichten in Halbleiterbauelementen dienen.
- Ätzen und Reinigen:SF6 und NF3 werden zum Ätzen von Materialien auf Siliziumbasis bzw. zur Reinigung von Abscheidekammern verwendet.
-
Sicherheit und Handhabung:
- Viele PECVD-Gase, wie Silan und Ammoniak, sind hochgiftig und entflammbar.Um die Sicherheit zu gewährleisten, sind eine ordnungsgemäße Handhabung, Lagerung und Absaugsysteme erforderlich.
- Inertgase wie Helium und Argon sind sicherer, erfordern aber dennoch eine angemessene Belüftung, um Erstickungsgefahren zu vermeiden.
Wenn die Käufer von Anlagen und Verbrauchsmaterialien die spezifischen Funktionen und Anwendungen dieser Gase kennen, können sie fundierte Entscheidungen über die für PECVD-Verfahren benötigten Materialien treffen.Die Wahl der Gase hängt von den gewünschten Schichteigenschaften, den Prozessanforderungen und den Sicherheitsüberlegungen ab.
Zusammenfassende Tabelle:
| Gasart | Primäre Gase | Spezialisierte Gase | Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Silan (SiH4) | Ja | Nein | Ablagerung von Schichten auf Siliziumbasis (z. B. SiN, SiO2) |
| Ammoniak (NH3) | Ja | Nein | Bildet Siliziumnitrid für Antireflexionsbeschichtungen |
| Stickstoff (N2) | Ja | Nein | Stabilisiert Plasma und bildet stickstoffhaltige Filme |
| Distickstoffoxid (N2O) | Ja | Nein | Ablagerung von Siliziumdioxidschichten |
| Helium (He) | Ja | Nein | Verbessert Plasmastabilität und Wärmeübertragung |
| Schwefelhexafluorid (SF6) | Ja | Nein | Ätzen und Kammerreinigung |
| TEOS | Nein | Ja | Abscheidung hochwertiger Siliziumdioxidschichten |
| Argon (Ar) | Nein | Ja | Stabilisiert das Plasma und verbessert die Gleichmäßigkeit des Films |
| Stickstofftrifluorid (NF3) | Nein | Ja | Reinigung der Kammer |
| Dotiergase (PH4 + B2H) | Nein | Ja | Verändert die elektrischen Eigenschaften von Siliziumschichten (begrenzte Verwendung) |
Optimieren Sie Ihren PECVD-Prozess mit den richtigen Gasen - Kontaktieren Sie noch heute unsere Experten für maßgeschneiderte Lösungen!
