PCVD等離子體激發(fā)電力方式

　　PCVD等離子體在激發(fā)電力的輸入方式上有外部感應(yīng)耦合方式和內(nèi)部感應(yīng)耦合方式；從生產(chǎn)過程來講，有批量式的，半連續(xù)式的和連續(xù)式的幾種，下面分別加以介紹。

　　(1)外部感應(yīng)耦合方式
　　
　?、倥渴絇CVD裝置。
　　
　　在石英管的外側(cè)繞上高頻線圈，接上供氣系統(tǒng)抽氣，系統(tǒng)就組成了反應(yīng)器。高頻線圈從外部把高頻電力輸給反應(yīng)器中的氣體，產(chǎn)生等離子體。這種裝置的優(yōu)點為：a.構(gòu)造簡單，可以小型化．b．線圈位于石英管外，由線圈材料放出的氣體不會造成膜層的沾污；c．功率集中，可得到高密度等離子體；d．稀薄氣體也能獲得高的沉積速度；e.對于較大的基片也能獲得比較滿意的膜厚均勻性。
　　
　　當(dāng)然這種小型設(shè)備主要用于實驗研究。圖10-32是制取SiNx的PCVD裝置的示意圖。這種裝置在相當(dāng)高的壓力(約13×10²Pa～4×10²Pa)下使用，使用低濃度(<5%)的SiN4/N2混合氣體，RF功率225W，13. 56MHz，反應(yīng)壓力4×104Pa，基體溫度300℃，沉積速度約為65nm/min。
　　
　?、谶B續(xù)式PCVD裝置。
　　
　　圖10-33是由裝料室、沉積室、卸料室等三個PCVD裝置部分組成的連續(xù)性PCVD生產(chǎn)裝置示意圖。其中沉積室由五個反應(yīng)器組成，等離子激發(fā)均采用外部感應(yīng)耦合方法。通過對工藝過程的控制可以進(jìn)行自動化生產(chǎn)。
　　
　　基片從裝料室送到沉積室，抽真空后進(jìn)行預(yù)加熱，加熱后的基片依次送到按一定時間隔排列的反應(yīng)器中，每個反應(yīng)器的反應(yīng)氣體均從頂部進(jìn)入，廢氣在各自下方的排氣口排出。采用13.56MHz的射頻電源激發(fā)等離子。
　　
　　在沉積室的下部。有一個被加熱的傳送帶，用來把基片從一個反應(yīng)器輸送到另一個反應(yīng)器，基片在每個反應(yīng)器停留時進(jìn)行氣相沉積，通過五個反應(yīng)器后達(dá)到所需要的膜厚。沉積好的基片由沉積室送入到卸料室，待基片的溫度降到一定程度后把基片從卸料室取出。
　　
　　此裝置可以處理50mm—80mm的樣品，使用的反應(yīng)氣體為SiH4/N2。當(dāng)使用1.5%的SiH4，反應(yīng)壓力為幾百帕，可以獲得近于100nm/min的沉積速度。
　　
　　這種裝置的優(yōu)點是，反應(yīng)器中的功率集中，使用低濃度的SiH4氣體就能獲得較高的沉積速度，而且安全較好。
　　
　　(2)內(nèi)部感應(yīng)耦合方式
　　
　　從生產(chǎn)能力和膜層質(zhì)量的均勻性考慮，比較理想的是具有平行平板型電極的PCVD裝置，其等離子體的激發(fā)采用內(nèi)部感應(yīng)耦合方式。圖10-34示出了各種不同的結(jié)構(gòu)。電極的形狀多數(shù)為圓形的，也有方形的，在連續(xù)式、半連續(xù)式裝置中，方形電極更方便些。
　　
　　反應(yīng)器內(nèi)部的基板電極和高頻電極一般是對向平行布置的，如果反應(yīng)氣體從電極四周流向電極中心，則應(yīng)使電極中心區(qū)的電場比電極四周的強一些，這樣可以使電場分布的不均勻和反應(yīng)氣體濃度分布的不均勻互相補正，以增大膜厚的均勻區(qū)的范圍。總之，要根據(jù)具體情況，合理布置反應(yīng)氣體的進(jìn)口、廢氣出口，反應(yīng)氣體的流向、流劫狀態(tài)以及電場分布等等。
　　
　　①批量式裝置。
　　
　　如圖10-35所示，反應(yīng)器中平行向?qū)Σ贾秒姌O(650mm)，基板用反應(yīng)器外面的加熱器加熱到350℃，并由磁旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。高頻電極與基板間距離約為50mm，反應(yīng)氣體由基板中心流向四周（即徑向流動方式），廢氣由基板下面的四個排氣口排走。等離子體由50RHz的高頻電源激發(fā)，維持放電的功率為500W(約0.15W/cm²)。
　　
　　反應(yīng)氣體采用SiH4/NH3系統(tǒng)。當(dāng)沉積壓力為26Pa，功率為500W，氣體全流量為9.75×107Pa·cm3/min時，沉積速率大約為30nm/min。當(dāng)裝28塊75mm的基片時，不同基片之間膜厚偏差±8%，而不同批量間為±10%。
　　
　　在平行平板電極布置時，除了徑向流動的供氣方式外，還有噴淋式供氣方式，其氣體流動和濃度分布都比較復(fù)雜，只適用于小型簡單工件的涂覆。
　　
　　②半連續(xù)式裝置。
　　
　　像濺射鍍膜、離子鍍膜等利用等離子體的沉積技術(shù)一樣，當(dāng)PCVD裝置內(nèi)部暴露大氣時，器壁上就會吸附水蒸氣等雜質(zhì)，在等離子體作用下，這些雜質(zhì)會解吸而沾污等離子體，進(jìn)而對膜層質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。PCVD裝置更易受到污染，因此使反應(yīng)器處于真空狀態(tài)，具有重要意義。
　　
　　事實已經(jīng)證明，在SiNx膜，非晶硅膜中，氫的含量多步對膜層的內(nèi)應(yīng)力、電學(xué)性能等均有很大的影響，所以，對于這種情況要格外注意。

　　PECVD的典型應(yīng)用見表10-22。