Bei der plasmagestützten chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD) werden je nach den gewünschten Dünnschichteigenschaften und Anwendungen verschiedene Gase verwendet. Diese Gase lassen sich in Vorläufergase (wie Silan und Ammoniak), Oxidationsmittel (wie Distickstoffoxid), inerte Verdünnungsmittel (Argon oder Stickstoff) und Reinigungs- und Ätzmittel (z. B. CF4/O2-Gemische) unterteilen. Die Wahl der Gaskombinationen beeinflusst die Schichtqualität, die Abscheidungsrate und die Stöchiometrie und ist damit entscheidend für Halbleiter-, Optik- und Schutzbeschichtungsanwendungen.
Die wichtigsten Punkte erklärt:
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Vorstufengase
- Silan (SiH4): Die gebräuchlichste Siliziumquelle, die aus Sicherheits- und Prozesskontrollgründen in der Regel verdünnt wird (z. B. 5 % in N2 oder Ar). In Kombination mit anderen Gasen bildet es Filme auf Siliziumbasis wie Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid.
- Ammoniak (NH3): Wird zusammen mit Silan zur Abscheidung von Siliziumnitrid (SiNₓ) verwendet, einer wichtigen dielektrischen Schicht in Halbleitern.
- Kohlenwasserstoffgase (z. B. Acetylen): Wird für diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC) verwendet, die Härte und Verschleißfestigkeit bieten.
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Oxidierende Gase
- Distickstoffoxid (N2O): Reagiert mit Silan zur Herstellung von Siliziumdioxid (SiO₂), das häufig in Isolierschichten verwendet wird.
- Sauerstoff (O2): Kombiniert mit Silan oder Kohlenwasserstoffen für Oxidschichten oder Reinigungsplasmen (z. B. CF4/O2-Gemische).
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Inert-/Trägergase
- Stickstoff (N2) und Argon (Ar): Dienen als Verdünnungsmittel zur Stabilisierung des Plasmas und zur Steuerung der Reaktionskinetik. Argon verstärkt auch den Ionenbeschuss für dichtere Schichten.
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Ätz-/Reinigungsgase
- CF4/O2-Gemische (4:1): Werden zur Kammerreinigung verwendet, um Ablagerungen auf Siliziumbasis zu entfernen.
- Schwefelhexafluorid (SF6): Gelegentlich zum Ätzen von Silizium oder zur Einstellung der Filmeigenschaften verwendet.
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Spezialgase
- Tetraethylorthosilikat (TEOS): Ein flüssiger Vorläufer, der zur Abscheidung von hochwertigem SiO₂ bei niedrigeren Temperaturen verdampft wird.
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Gaszufuhrsysteme
- Die Durchflussmengen (0-200 SCCM) werden über Kanäle (z. B. Ar, O2, N2) präzise gesteuert, um eine gleichmäßige Abscheidung zu gewährleisten. Flüssige Ausgangsstoffe wie TEOS müssen vor der Einleitung verdampft werden.
Für tiefere Einblicke in PECVD-Prozesse, siehe PECVD . Das Zusammenspiel dieser Gase ermöglicht maßgeschneiderte Dünnschichteigenschaften, von optischen Beschichtungen bis hin zu MEMS-Bauteilen, was ihre zentrale Rolle in der modernen Fertigung unterstreicht.
Zusammenfassende Tabelle:
| Gasart | Beispiele | Primäre Verwendung |
|---|---|---|
| Vorstufengase | Silan (SiH4), Ammoniak (NH3) | Bildet Filme auf Siliziumbasis (z. B. SiNₓ, SiO₂) für Halbleiter und Dielektrika |
| Oxidierende Gase | Distickstoffoxid (N2O), O2 | Erzeugt Oxidschichten oder Reinigungsplasmen |
| Inerte Gase | Stickstoff (N2), Argon (Ar) | Stabilisiert das Plasma und steuert die Reaktionskinetik |
| Ätzgase | CF4/O2, SF6 | Reinigt Kammern oder ätzt Silizium |
| Spezialgase | TEOS | Setzt hochwertiges SiO₂ bei niedrigeren Temperaturen ab |
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