1.在等离子体区域中加入一个(等离子)磁约束后可减少带电电荷的损失,以提高等离子体密度
2. 可以对石英管的同轴外导管等离子体起到增强和稳定的作用。
Fig1.产生线性均匀的等离子体的原理示意图
图示的是产生线性均匀的等离子体的原理示意图,但其产生原理并不像所看上去的那么简单。微波的输入功率取决于工艺气体的类型和石英管的长度。在下表中则给出了微波功率所必需的条件。
如要使得线性等离子体源的有效长度达到1米则需要在每一侧加上4kW的微波功率。 但很遗憾这个数值已超过了石英管所能承受的最大功率(有可能导致过热变形) 。为了克服这个难题,我们引入了脉冲型微波。
等离子体在t
on
时出现,而在t
off
时消失
由于这两段时间都是在毫秒的计量范围内编排的,所以脉冲的频率也是在1Hz和1kHz之间T=ton+toff,f=1/T.
微波功率峰值取决于产生均匀等离子体的效果如何。平均微波功率可通过不同的脉冲次数来控制沉积敷层率。从而保证了即使是在相当高的功率峰值平均微波功率仍可被保持在石英管的发热极限之下。也可通过平均微波功率保持在石英管的受热极限以下。
Pmean=Ppeak*ton/(ton+toff)是平均微波功率和峰值功率的关系。
在图6左侧则是在如下方案中,Si3N4 的厚度沿着等离子体源轴的变化曲线
Ppeak = 2 x 800 W , corresponding to Fig.1 a), (P1+P2< Popt), Ppeak = 2 x 1600 W , corresponding to Fig.1 b), (P1+P2< Popt).
由下图左侧可知在微波功率峰值为2x1600W时可以达到一个均匀的等离子体沉积敷层。右侧所示的则是在已给定的为50Hz下随着不同的微波脉冲长度而变化的沉积敷层效率曲线。
三、质控点
1、由于板式PECVD的沉积原理,工艺腔内的喷淋系统容易堵塞,因此需要定期清理工艺腔内的SiNx且更换石英管(详见《更换石英管作业规程》)。每次更换石英管是要求工艺确认所有的特气孔是否已通,确保工艺腔内特气均匀。更换完石英管后要及时填写《PECVD更换石英管点检表》。
开机时要进行工艺参数及设备参数点检。工艺参数点检要运行的工艺参数是否与设定值一致,工艺腔压强必须达到2.0E-2mbar以下开起工艺。设备日常点检表主要点检氮气压力5-6bar,压缩空气压力5-6bar、冷却水温度18-22℃、冷却水进水和出水压差在2bar以上、反射功率小于13%以及设备的日常卫生工作。
2、PECVD是硅片外观检查的主要工序,是连接前后道的枢纽,准确及时的挑选返工片极为重要。
根据目前现状,对PECVD返工片做如下分类:
色差片:由于工艺或设备原因造成的片内膜色不均;膜深片。 线痕片:由于二次清洗工艺存在缺陷,在蓝色的氮化硅膜上有一条或多条弯曲的线
状金属线痕或者由于原硅片原因导致的切割线痕;
白斑片、花片:由于制绒存在缺陷,而使局部区域存在膜的颜色发白,或镀膜面存
在花纹状。
其它类型:不属于以上三种类型的返工片。
在下料台处准备四个空的承载盒;在每个承载盒的侧边贴上“色差片”、“线痕片”、“白斑片、花片”、“其它类型”标签。
下料过程中,出现返工片时放入相应的片盒。
当班结束后,对不同类型的返工片进行分别统计,计入“PECVD返工片分类统计表”。
四、原辅料简介及相关紧急救助
PECVD所用到的气体主要是氨气与硅烷,这两种特殊气体具有较大的危害性。因此必须注意安全使用及掌握紧急救助的方法。
无水氨气是一种刺激性、无色、可燃的储存于钢瓶的液化压缩气体。其存储压力为其蒸汽压14psig(70℉)。氨气会严重灼伤眼、皮肤及呼吸道。当它在空气中的浓度超过15%时有立即造成火灾及爆炸的危险,因此进入这样的区域前必须排空。进入浓度超过暴露极限的区域要佩戴自给式呼吸器。大规模泄露时需要全身防护服,并应随时意识到潜在的火灾和爆炸危险。暴露在氨气中会对眼睛造成中度到重度的刺激。氨气强烈地刺激鼻子、喉咙和肺。症状包括灼伤感、咳嗽、喘息加重、气短、头痛及恶心。过度暴露会影响中枢神经系统并会造成痉挛和失去知觉。上呼吸道易受伤害并导致气管炎。声带在高浓度下特别容易受到腐蚀,下呼吸道伤害会造成水肿和出血,暴露在5000ppm下5分钟会造成死亡。
紧急救助:
眼睛接触:用大量的水冲洗,立即进行医疗处理。
吸入:将人员移到空气清新处,若呼吸困难,则输氧,并迅速进行医务处理。 皮肤接触:用大量水冲洗,立即脱掉被污染的衣服,并立即进行药物处理。
火灾扑救:
灭火剂:干粉、二氧化碳或水
从泄漏区疏散所有的人,切断氨气泄漏源,然后根据燃烧的物质进行灭火。由于受热钢瓶内压力会升高,如果泄压装置功能失灵,会引起钢瓶爆炸。
硅烷是一种无色、与空气反应并会引起窒息的气体。该气体通常与空气接触会引起燃烧并放出很浓的白色无定型二氧化硅烟雾。它对健康的首要危害是它自燃的火焰会引起严重的热灼伤。如果严重甚至会致命。如果火焰或高温作用在硅烷钢瓶的某一部分会使钢瓶在安全阀启动之前爆炸,如果泄放硅烷时压力过高或速度过快,会引起滞后性的爆炸。泄漏的硅烷如没有自燃会非常危险,不要靠近,不要试图在切断气源之前灭火。
硅烷会刺激眼睛,硅烷分解产生的无定型二氧化硅颗粒会引起眼睛刺激。吸入高浓度的硅烷会引起头痛、恶心、头晕并刺激上呼吸道。硅烷会刺激呼吸系统及粘膜。过度吸入硅烷会引起肺炎和肾病。硅烷会刺激皮肤、硅烷分解产生无定型二氧化硅颗粒会引起皮肤刺激。
紧急救助:
由于硅烷泄漏引起人员灼伤应由受过培训的人员进行急救,并立即寻求医疗处理
眼睛接触:应立即用水冲洗至少15分钟,水流不要太快,同时翻开眼睑,使受难者为“O”形眼,立即寻求眼科处理;
吸入:将患者尽快移到空气清新处,如有必要由受过培训的人员进行输氧或人工呼吸。 皮肤接触:用大量的水清洗至少15分钟,脱掉已暴露在硅烷中被污染的衣服,小心不要接触到眼睛,如果患者有持续的刺激感或其他进一步的健康影响需立即进行医疗处理。
火灾扑救:
切断气源灭火,用水雾减少空气中形成的燃烧产物,不要用卤化物类灭火器。从最远的距离用水冷却暴露在火焰中的钢瓶。从泄漏区疏散所有人,切断气源,根据燃烧的物质灭火。由于热量的作用气瓶内压力会升高,如果泄压装置失灵会引起钢瓶爆炸。
五、改善方向
1、优化每个重要工艺参数的窗口来提高效率及改善均匀性; 2、降低返工率,节约成本等。