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          等離子體化學氣相沉積技術

          來源:    作者:admin    發布時間:2014-01-24    

          1.技術內容及技術關鍵 


          等離子體化學氣相沉積技術原理是利用低溫等離子體(非平衡等離子體)作能量源,工件置于低氣壓下輝光放電的陰極上,利用輝光放電(或另加發熱體)使工件升溫到預定的溫度,然后通入適量的反應氣體,氣體經一系列化學反應和等離子體反應,在工件表面形成固態薄膜。它包括了化學氣相沉積的一般技術,又有輝光放電的強化作用。 


          由于粒子間的碰撞,產生劇烈的氣體電離,使反應氣體受到活化。同時發生陰極濺射效應,為沉積薄膜提供了清潔的活性高的表面。因而整個沉積過程與熱激活的過程有顯著不同。這兩方面的作用,在提高涂層結合力,降低沉積溫度,加快反應速度諸方面都創造了有利條件。 


          等離子體化學氣相沉積技術按等離子體能量源方式劃分,有直流輝光放電、射頻放電和微波等離子體放電等。隨著頻率的增加,等離子體強化CVD過程的作用越明顯,形成化合物的溫度越低。 


          PCVD的工藝裝置由沉積室、反應物輸送系統、放電電源、真空系統及檢測系統組成。氣源需用氣體凈化器除去水分和其它雜質,經調節裝置得到所需要的流量,再與源物質同時被送入沉積室,在溫度和等離子體激活等條件下,得到所需的產物,并沉積在工件或基片表面。所以,PCVD工藝既包括等離子體物理過程,又包括等離子體化學反應過程。 


          PCVD工藝參數包括微觀參數和宏觀參數。微觀參數如電子能量、等離子體密度及分布函數、反應氣體的離解度等。宏觀參數對于真空系統有,氣體種類、配比、流量、壓強、抽速等;對于基體來說有,沉積溫度、相對位置、導電狀態等;對于等離子體有,放電種類、頻率、電極結構、輸入功率、電流密度、離子溫度等。以上這些參數都是相互聯系、相互影響的。 


          1.直流等離子體化學氣相沉積(DC-PCVD) 


          DC-PCVD是利用高壓直流負偏壓(-1~-5kV),使低壓反應氣體發生輝光放電產生等離子體,等離子體在電場作用下轟擊工件,并在工件表面沉積成膜。 


          直流等離子體比較簡單,工件處于陰極電位,受其形狀、大小的影響,使電場分布不均勻,在陰極附近壓降,電場強度高,正因為有這一特點,所以化學反應也集中在陰極工件表面,加強了沉積效率,避免了反應物質在器壁上的消耗。缺點是不導電的基體或薄膜不能應用。因為陰極上電荷的積累會排斥進一步的沉積,并會造成積累放電,破壞正常的反應。DC-PCVD裝置如圖1。 


          該設備由于工件僅靠離子和粒子轟擊提供能量,在進行產品的批量生產時就不可避免的暴露出一些缺點: 


          1)各工藝參數在沉積時相互影響、互相制約、無法獨立控制,使工藝調整和控制困難。 


          2)不同工件在離子轟擊加熱過程中,由于其表面積不同,則產生溫差,同時,沉積室內壁是陽極,溫度低,使其附近的工件與中心部分的工件也有溫差。 


          3)當裝爐量大,工件體積大或沉積溫度要求較高,需要離子能量較大時,直流輝光放電的工作區域在異常輝光放電的較強段,很容易過渡到弧光放電,引起電源打弧、跳閘、工藝過程不能正常進行。 


          為了解決以上問題,有的學者采用雙陰極輝光放電裝置,增加一個陰極作為輔助陰極,雖然有效果,但還不夠完善。 


          目前,國內外研究者更多的是采用輔助加外熱方式沉積技術來解決以上問題,改變了單純依靠離子轟擊加熱而帶來的弊端,將反應時等離子體放電強度與放電工件溫度分離,從而提高了工藝的穩定性和重復性

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