PECVD氣體及流量控制系統(tǒng)中質(zhì)量流量控制器的應(yīng)用

在半導(dǎo)體制造行業(yè)，精密工藝控制對(duì)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(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）技術(shù)作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在薄膜沉積工藝中扮演著重要角色。通過(guò)利用等離子體中的活性粒子促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，PECVD能夠在相對(duì)低溫的環(huán)境下生成高質(zhì)量的薄膜。然而，該過(guò)程對(duì)氣體流量的精確調(diào)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(wěn)定性及強(qiáng)大的控制能力，成為半導(dǎo)體PECVD工藝不可或缺的一部分。

在PECVD工藝流程中，MFC設(shè)備能夠精準(zhǔn)地測(cè)量并調(diào)整進(jìn)入反應(yīng)室的氣體流量，保證反應(yīng)氣體供給的準(zhǔn)確性。這對(duì)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(xiàn)了對(duì)氣體流量的精細(xì)調(diào)節(jié)。它能實(shí)時(shí)監(jiān)控流體流量的變化，確保PECVD過(guò)程的穩(wěn)定性和一致性，有助于及時(shí)識(shí)別并解決潛在的設(shè)備問(wèn)題，保障設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)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(yù)定溫度，通入適量工藝氣體，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)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(yuǎn)高于離子溫度，但宏觀表現(xiàn)上溫度相對(duì)較低，總體處于非熱平衡狀態(tài)，故又稱為非平衡態(tài)等離子體。

反應(yīng)過(guò)程中，氣體從進(jìn)氣口進(jìn)入工藝腔體擴(kuò)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(yīng)生成形成膜的初始成分和副反應(yīng)物，以化學(xué)鍵形式吸附到襯底表面形成晶核，晶核生長(zhǎng)成島狀物再形成連續(xù)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

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(yīng)用雙頻電源，由 400kHz 和 13.56MHz 構(gòu)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(jié)合的雙頻驅(qū)動(dòng)可以顯著地降低啟輝電壓，更有利于獲得穩(wěn)定的等離子體源，減弱帶電粒子對(duì)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(tǒng)可選工作模式：①高低頻同時(shí)作用于反應(yīng)室，高頻為主，低頻調(diào)制為輔；②高低頻交替作用于反應(yīng)室，可以快速切換；③高低頻單獨(dú)作用于反應(yīng)室，獨(dú)立控制工作。

三、PECVD 基本結(jié)構(gòu)

1）真空和壓力控制系統(tǒng)：包括機(jī)械泵、分子泵、真空閥、真空計(jì)等。為減少氮?dú)?、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?qiáng)。

2）淀積系統(tǒng)：由射頻電源、水冷系統(tǒng)、襯底加熱器等組成，是 PECVD 的核心部分。射頻電源使反應(yīng)氣體離子化，水冷系統(tǒng)為泵提供冷卻并在超溫時(shí)報(bào)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力。

3）氣體及流量控制系統(tǒng)：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。

下面來(lái)自ISweek工采網(wǎng)代理美國(guó)SIARGO的一款高精度，量程范圍寬可選的MEMS氣體質(zhì)量流量控制器MFC2000系列。

MFC2000系列質(zhì)量流量控制器采用公司專有的MEMS Thermal-D操作TM熱量傳感技術(shù)與智能控制電子設(shè)備，這種獨(dú)特的質(zhì)量流量傳感技術(shù)消除了一些擴(kuò)散率相似的氣體的氣體敏感性，并允許在編程后進(jìn)行氣體識(shí)別。本產(chǎn)品可用干動(dòng)態(tài)范圍為100:1的過(guò)程控制，其控制范圍為0.1至0.8MPa(15至120 PSL)的壓力和0至50℃的補(bǔ)償溫度。量程在50mL/min到200L/min不同范圍可選，帶有數(shù)字RS485 Modbus通信和模擬輸出。

該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)便于更換機(jī)械連接器，標(biāo)準(zhǔn)連接器可選雙卡套、VCR或UNF，其他定制連接器可根據(jù)要求提供。SIARGO的MFC2000質(zhì)量流量控制器在PECVD設(shè)備中具有很重要的作用，可以精準(zhǔn)測(cè)量和控制氣體流量的大小。