PECVD氣體及流量控制系統中質(zhì)量流量控制器的應用

在半導體制造行業(yè)，精密工藝控制對于確保產(chǎn)品質(zhì)量和提升生產(chǎn)效率非常重要。等離子體增強化學(xué)氣相沉積（PECVD）技術(shù)作為一項關(guān)鍵技術(shù)，在薄膜沉積工藝中扮演著(zhù)重要角色。通過(guò)利用等離子體中的活性粒子促進(jìn)化學(xué)反應，PECVD能夠在相對低溫的環(huán)境下生成高質(zhì)量的薄膜。然而，該過(guò)程對氣體流量的精確調控要求極高。在這種情況下，MFC2000系列氣體質(zhì)量流量控制器憑借其卓越的精度、穩定性及強大的控制能力，成為半導體PECVD工藝不可或缺的一部分。

在PECVD工藝流程中，MFC設備能夠精準地測量并調整進(jìn)入反應室的氣體流量，保證反應氣體供給的準確性。這對于控制薄膜厚度、均勻性以及提高沉積速率尤為關(guān)鍵。MFC采用先進(jìn)的流量傳感技術(shù)和比例閥控制技術(shù)，實(shí)現了對氣體流量的精細調節。它能實(shí)時(shí)監控流體流量的變化，確保PECVD過(guò)程的穩定性和一致性，有助于及時(shí)識別并解決潛在的設備問(wèn)題，保障設備長(cháng)期穩定運行。

一、PECVD 基本原理

在低氣壓下，利用低溫等離子體*在工藝腔體陰極產(chǎn)生輝光放電，通過(guò)輝光放電或加熱體使襯底升溫至預定溫度，通入適量工藝氣體，經(jīng)化學(xué)反應和等離子體反應在樣品表面形成固態(tài)薄膜。

低溫等離子體，指包括電子、各種離子、原子和自由基的混合體，體系中物質(zhì)非完全電離，電子溫度遠高于離子溫度，但宏觀(guān)表現上溫度相對較低，總體處于非熱平衡狀態(tài)，故又稱(chēng)為非平衡態(tài)等離子體。

反應過(guò)程中，氣體從進(jìn)氣口進(jìn)入工藝腔體擴散至襯底表面，在射頻源激發(fā)的電場(chǎng)作用下分解成電子、離子和自由基等，發(fā)生化學(xué)反應生成形成膜的初始成分和副反應物，以化學(xué)鍵形式吸附到襯底表面形成晶核，晶核生長(cháng)成島狀物再形成連續薄膜，副產(chǎn)物從膜表面脫離并在真空泵作用下排出。

二、PECVD 基本分類(lèi)

按照等離子體發(fā)生的頻率來(lái)分，PECVD 中所用的等離子體可以分為射頻等離子體（Radio Frequency Plasma）和微波等離子體（Microwave Plasma）兩種。目前，業(yè)界所用的射頻頻率一般為 13.56MHz。射頻等離子耦合方式通常分為電容耦合（CCP）和電感耦合（ICP） 兩種。

目前 PECVD 主要應用雙頻電源，由 400kHz 和 13.56MHz 構成，兩個(gè)電源最高功率均為 3000W。相比于單一電源，高頻和低頻相結合的雙頻驅動(dòng)可以顯著(zhù)地降低啟輝電壓，更有利于獲得穩定的等離子體源，減弱帶電粒子對沉積襯底的轟擊及額外損傷，提高了工藝自由度。雙頻電源系統可選工作模式：①高低頻同時(shí)作用于反應室，高頻為主，低頻調制為輔；②高低頻交替作用于反應室，可以快速切換；③高低頻單獨作用于反應室，獨立控制工作。

三、PECVD 基本結構

1）真空和壓力控制系統：包括機械泵、分子泵、真空閥、真空計等。為減少氮氣、氧氣及水蒸氣影響，采用干泵和分子泵抽氣，干泵抽低真空避免油氣污染基片，分子泵抽高真空，除水蒸氣能力強。

2）淀積系統：由射頻電源、水冷系統、襯底加熱器等組成，是 PECVD 的核心部分。射頻電源使反應氣體離子化，水冷系統為泵提供冷卻并在超溫時(shí)報警，冷卻水管路采用絕緣材料。加熱器使襯底升溫除雜質(zhì)，提高薄膜與襯底的附著(zhù)力。

3）氣體及流量控制系統：氣源由氣體鋼瓶供氣，經(jīng)氣柜輸送至工藝腔體，采用質(zhì)量流量控制器精確控制氣體流量。