Plasma-CVD-Anlage

Was ist eine Plasma-CVD-Anlage?

Bei Plasma-CVD-Anlagen handelt es sich um Geräte, die eine Art chemisches Aufdampfverfahren durchführen.

Plasma-CVD steht für Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung), bei der das Ausgangsgas in einen Niedertemperatur-Plasmazustand versetzt wird (in Kationen und Elektronen ionisierte Glimmentladung), aktive Ionen und Radikale erzeugt werden und eine chemische Reaktion auf dem Substrat stattfindet, wodurch eine dünne Schicht durch Abscheidung entsteht.

Anwendungen von Plasma-CVD-Anlagen

Die Plasma-CVD-Technologie wird für Verstärkungsschichten auf Schneidwerkzeugen (Titannitrid, Kohlenstoffnitrid, DLC (Diamond Like Carbon)), Isolier- und Schutzschichten für Halbleiter, Verdrahtung und Elektrodenmaterialien (Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Kupfer, Aluminium, Wolfram, polykristallines Silizium, Verbindungshalbleiter usw.) verwendet. Die Industrie ist eine wichtige Energiequelle für die wirtschaftliche und industrielle Entwicklung. Ihre Anwendung in Hochleistungsgeräten zur Energiekontrolle und -versorgung, die für die wirtschaftliche und industrielle Entwicklung von entscheidender Bedeutung sind, nimmt ebenfalls rasch zu.

Als Einsatzgas für Plasma-CVD-Anlagen wird in der Regel ein Trägergas wie Wasserstoff, Stickstoff, Argon oder Ammoniak verwendet, das mit einem Rohstoffgas wie SiH4 (Silan) oder WF6 (Wolframhexafluorid) gemischt wird.

1. Oxide

Siliziumdioxid (SiO2) ist ein Oxid des Siliziums. Es hat eine ausgezeichnete elektrische Isolierung und thermische Stabilität und wird in Isolierschichten für Halbleiterbauelemente verwendet.

Dünnere Halbleiter sind anfälliger für Leckströme, d. h. Strom entweicht aus ungeplanten Bereichen. Das Vorhandensein von SiO2 hilft dabei, Leckströme zu verhindern.

2. Nitride

Siliziumnitrid (Si3N4) ist ein Nitrid des Siliziums. Es hat eine ausgezeichnete Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit und wird als Substratmaterial für Leistungsgeräte verwendet, die viel Wärme erzeugen.

Stickstoff und Ammoniak werden zusammen mit SiH4 zur Bildung von Nitriden verwendet und spielen daher auch die Rolle von Rohgasen. Halbleiter erfüllen im Allgemeinen Funktionen, die mit dem Rechnen und Speichern zusammenhängen, z. B. Speicher. Leistungsbauelemente hingegen sind für, wie Dioden.

3. Karbide

Siliziumkarbid (SiC) ist ein Siliziumkarbid aus der Familie der Verbindungshalbleiter, zusammen mit GaN (Galliumnitrid oder GaN), AlGaN usw. Wie Si3N4 wird es in Leistungsbauelementen als Ersatz für Si-IGBTs verwendet, da es eine höhere Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Im Vergleich zu Siliziumverbindungen sind die Leistungsverluste geringer, was zu kleineren Geräten führt.

4. Metalle und Metallverbindungen

Das Gate eines Transistors besteht aus einer Gate-Oxidschicht (die durch thermische Oxidation entsteht) und einer Gate-Elektrode (häufig polykristallines Silizium). Die für die Gate-Elektrode und die Source-Drain-Kontakte verwendeten Wolframplättchen werden durch Plasma-CVD hergestellt.

Funktionsweise von Plasma-CVD-Anlagen

Das Ausgangsgas wird je nach den gewünschten Bedingungen aus einem Druckreduzierungsbereich von 10-4 bis 100 Pa ausgewählt, je nach Zweck. Die für die Plasmaanregung am häufigsten verwendete Stromversorgungsfrequenz ist 13,56 MHz (RF: Radio Frequency), und der Entladungstyp ist ein kapazitiv gekoppelter Typ mit parallelen Plattenelektroden.

Eine der parallelen Platten kann als Brausekopf für die Zufuhr von Prozessgasen verwendet werden, oder es kann eine Heizung in eine der Platten eingesetzt werden, um die Temperatur zu regulieren. Es gibt viele steuerbare Parameter, wie z. B. die Stromversorgungsfrequenz, eine andere Elektrodenstruktur als den Parallelplattentyp, die Rohgaszusammensetzung, das Entladungsvolumen und die Temperatur. Dadurch ist es möglich, eine Vielzahl von dünnen Schichten mit unterschiedlichen Funktionalitäten abzuscheiden, von anorganischen bis zu organischen Materialien.

Weitere Informationen über Plasma-CVD-Anlagen

1. Struktur und Herstellungsverfahren von Halbleiterbauelementen

Plasma-CVD-Anlagen sind bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen weit verbreitet. Bei Speicherbauelementen beispielsweise werden komplexe mehrlagige Verdrahtungsschichten auf MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) gebildet, die auf einem Substrat (Wafer) aufgebracht sind. Die Schichten werden auf dem MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) auf dem Substrat (Wafer) gebildet und durch eine isolierende Zwischenschicht getrennt.

Plasma-CVD-Anlagen werden hauptsächlich zur Herstellung von MOSFET-Gate-Elektroden, Verdrahtungsschichten und Zwischenschicht-Isolierfilmen verwendet, wobei nach der Filmbildung eine feine Strukturierung erforderlich ist. Die Musterbildung erfolgt im Wesentlichen durch Drucktechnik und ist eine Wiederholung der folgenden Schritte:

1. Auf dem darunter liegenden Muster wird das Material des neu zu bildenden Musters (polykristallines Silizium, Al, C, W, SiO2, Si3N4 usw.) gleichmäßig durch CVD abgeschieden.
2. Auf der ersten Schicht wird ein Fotolackfilm (positiv oder negativ) gebildet. Die positive Schicht ist aufgrund des Anregungslichts in dem Lösungsmittel weniger löslich, während die negative Schicht besser löslich ist.
3. Der Fotolack wird aufgelöst und es bildet sich ein Muster aus Restlack auf der abgeschiedenen Schicht.
4. Das Ätzen (Strippen) wird von der Oberseite des Musters aus durchgeführt, um den Film zu entfernen.
5. Dann erfolgt die Entfernung des Lacks.
6. Auf der Schicht bildet sich ein Muster.

Durch Wiederholung des obigen Prozesses können Halbleiterbauelemente hergestellt werden.

2. Thermisches CDV und optisches CDV

Je nach der zugeführten Energie kann das Verfahren als Plasma-CVD, thermische CVD oder optische CVD klassifiziert werden.

• Thermische CVD
  Bei diesem Verfahren wird das Beschickungsgas bei hohen Temperaturen behandelt, um die Komponenten thermisch zu zersetzen und chemisch mit ihnen zu reagieren, was zur Abscheidung einer Schicht führt. Kann nicht auf hitzeempfindlichen Substraten wie Kunststoffen eingesetzt werden.
• Optische CVD
  Dies sind Verfahren, bei denen Laserlicht oder ultraviolette Energie eingesetzt wird, um die wissenschaftliche Zersetzung und chemische Reaktionen zu aktivieren.