Die plasmaunterstützte chemische Abscheidung aus der Gasphase (PECVD) ist eine spezielle Form der chemischen Abscheidung aus der Gasphase (CVD), bei der ein Plasma zur Verbesserung der Abscheidung dünner Schichten auf einem Substrat eingesetzt wird. Der besondere Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es im Vergleich zu herkömmlichen CVD-Methoden bei niedrigeren Temperaturen arbeiten kann, wodurch es sich für die Abscheidung von Schichten auf temperaturempfindlichen Substraten eignet.
Zusammenfassung des Prozesses:
Bei der PECVD wird ein Plasma verwendet, das durch Hochfrequenz- oder Gleichstromentladung erzeugt wird, um die reaktiven Gase zu aktivieren und mit Energie zu versorgen. Diese Aktivierung ermöglicht die Abscheidung dünner Schichten bei niedrigeren Temperaturen als bei den üblichen CVD-Verfahren. Das Plasma verstärkt die für die Filmbildung notwendigen chemischen Reaktionen und ermöglicht die Abscheidung hochwertiger Filme ohne hohe Substrattemperaturen.
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Ausführliche Erläuterung:Erzeugung des Plasmas:
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Bei der PECVD wird das Plasma durch Anlegen von HF-Energie mit einer Frequenz von 13,56 MHz zwischen zwei Elektroden in einem Reaktor erzeugt. Diese Energie zündet eine Glimmentladung, die die sichtbare Erscheinungsform des Plasmas ist, und hält diese aufrecht. Das Plasma besteht aus einem Gemisch geladener Teilchen (Ionen und Elektronen) und neutraler Spezies, die alle aufgrund ihres energetischen Zustands hochreaktiv sind.
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Aktivierung von reaktiven Gasen:
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Das in den Reaktor eingeführte Vorläufergasgemisch erfährt durch Zusammenstöße mit den energiereichen Teilchen im Plasma verschiedene chemische und physikalische Veränderungen. Bei diesen Zusammenstößen brechen die Gasmoleküle auf und bilden reaktive Stoffe wie Radikale und Ionen. Dieser Prozess ist von entscheidender Bedeutung, da er die Aktivierungsenergie senkt, die für die chemischen Reaktionen erforderlich ist, die zur Schichtabscheidung führen.
- Abscheidung von dünnen Schichten:
- Die im Plasma erzeugten reaktiven Spezies diffundieren durch die Hülle (ein Bereich mit hohem elektrischem Feld in der Nähe des Substrats) und adsorbieren an der Substratoberfläche. Dort werden sie weiteren Reaktionen unterzogen, um die gewünschte Schicht zu bilden. Durch die Verwendung eines Plasmas können diese Reaktionen bei Temperaturen von typischerweise 200-400°C ablaufen, was deutlich niedriger ist als die 425-900°C, die bei der chemischen Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LPCVD) erforderlich sind.Merkmale von PECVD-Schichten:
Abscheidung bei niedriger Temperatur: Durch den Einsatz von Plasma kann der Abscheidungsprozess bei niedrigeren Temperaturen erfolgen, was für Substrate, die hohen Temperaturen nicht standhalten, von Vorteil ist. Dadurch wird auch das Risiko einer thermischen Schädigung des Substrats oder unerwünschter chemischer Reaktionen verringert.
Gute Bindung zwischen Schicht und Substrat:
