PECVD: НОВА ТЕХНОЛОГІЯ СТВОРЕННЯ ЗАХИСНИХ ШАРІВ

(PECVD – Plasma-enhanced chemical vapor deposition – Плазмове хімічне осадження з парової фази)

Нанесення захисних шарів з використанням вакууму дозволяє створювати багатошарові і водночас дуже тонкі захисні покриття, які не потребуютьдодаткового трудомісткого маскування.

Нанопокриття використовуються як самостійний метод або в поєднанні з іншими технологіями інкапсуляції та захисту схем. Ці покриття можуть проявляти сприятливі властивості матеріалу, включаючи високу щільність, гідрофобність, адгезію до різних матеріалів підкладки (включаючи метал, скло, пластик тощо) і утворення рівномірних шарів без отворів. У той же час, ці покриття повинні бути нанесені таким чином, щоб уникнути впливу на керування температурою, бездротовий зв’язок або електричні з’єднання. Автори статті «Engineered Reliability — Safeguarding Electrical Components and Products with Nano-coating Technology» представили інноваційну технологію створення нанопокриттів і провели серію тестів із шарами нанопокриттів, нанесених плазмою.

Процес PECVD

Термін хімічне осадження з парової фази (chemical vapor deposition, CVD) охоплює широкий діапазон процесів, у більшості з яких використовується тиск, нижчий за навколишній, для нанесення тонкоплівкових твердих матеріалів на різні підкладки. Хімічні сполуки (так звані прекурсори) вводяться в камеру для покриття у вигляді газу, активуються для досягнення більшої реакційної здатності, а потім наносяться на дану підкладку у вигляді тонкої захисної плівки.

Найпоширенішими типами CVD є термічне та плазмове покриття, які відрізняються, перш за все, способом активації прекурсорів. Термічний CVD використовує тепло для активації прекурсора, а потім утворює захисний шар у процесі, що називається піролізом, який також використовується в інших процесах нанесення покриттів (таких як парилен, Parylen).

У процесі хімічного осадження з парової фази (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD) для іонізації газу для осадження використовується плазма, яка є високоенергетичним газоподібним станом (мал. 1). Активований плазмою газ дозволяє замикати електричний ланцюг між електродами та пропускати електрони. Генератор використовується для запалювання/активації та підтримки плазми за допомогою радіочастотного випромінювання (RF), постійного струму (DC) і мікрохвиль (MW) як джерела плазми (є також інші типи, такі як гаряча нитка розжарення (hot filament), ВЧ, що використовуються в інструментальній промисловості). Після запалювання плазми відбувається осадження на поверхні підкладки в результаті хімічних реакцій між енергетично активними молекулами газу та іонами. Тип джерела плазми, який використовується, впливає на хімічні сполуки, що утворюються в плазмі, тип утворених осадів і тип підкладок, на яких можна створити захисні покриття. Наприклад, плазму постійного струму необхідно наносити на провідні підкладки, тоді як плазму РЧ можна наносити на ізоляційні підкладки без негативного впливу на підкладки з покриттям.

Процеси плазмового або термічного CVD включають компроміси щодо швидкості осадження, рівномірності покриття, рівня захисту та геометричних обмежень виробів із покриттям. Процеси термічного CVD, що працюють при низькому тиску та високих температурах, створюють однорідні шари й широко використовуються у виробництві електронних пристроїв. Процес PECVD високої інтенсивності, низького тиску та високої радіочастотної потужності дозволяє швидко утворювати захисні шари, але це часто відбувається за рахунок однорідності плівки або спрямованості осадження.

Процес PECVD має багато переваг, включаючи знижену робочу температуру, можливість швидко змінювати умови осадження, тоді як плазмова обробка покращує адгезію покриття. За допомогою етапу плазмової активації покриття може точніше прилипати до складних підкладок. Інші переваги процесів PECVD порівняно з термічним CVD включають коротший час осадження, можливість послідовного осадження кількох хімікатів (пошаровий захист) і можливість використовувати маскування для критичних компонентів.

Малюнок 1. Плазмовий процес хімічного осадження з парової фази.

Традиційні захисні покриття часто наносять розпиленням, зануренням або пензлем, що означає, що потрібен відносно товстий захисний шар, зазвичай розміром кілька сотень мкм. Будучи товщими, ці шари вимагають додаткового часу затвердіння, тоді як CVD плівки тонші, і ця проблема не виникає. Наприклад, парилен, нанесений у термічних процесах CVD, утворює шар товщиною від 10 до 50 мкм, ідеально захищаючи систему навіть у найсуворіших умовах. У процесі PECVD шари наносяться в діапазоні від нанометра до мікрона: багато застосувань вимагають тонших захисних покриттів для кращого розсіювання тепла, мінімальних перешкод для сигналів бездротового зв’язку, скороченого процесу маскування для підтримки процесу нанесення покриття та, зрештою, нижчих витрат.

Процеси захисного покриття часто вимагають певної форми маскування, що є методом запобігання міграції покриття до певних захищених зон на даній платі. Ці області можуть включати роз’єми або критичні електричні компоненти, покриття яких небажане або може перешкоджати роботі пристрою.

Більш тонкі покриття дозволяють пізніше додані компоненти припаювати на ділянки друкованої плати, покриті захисним шаром, без необхідності маскувати їх перед нанесенням захисного покриття. Подібним чином електричні з’єднувачі – провід-плата або плата-плата – можуть здійснювати електричне з’єднання через покриття без необхідності маскування, травлення чи очищення (залежно від товщини захисного покриття).

Завдяки багатьом тонким захисним шарам фізичні дефекти, такі як тріщини або отвори, можуть легко поширюватися по всій їх товщині. Однак для боротьби з цими проблемами покриття PECVD можуть використовувати різні хімічні речовини, які послідовно наносяться в шарувату структуру. Це набагато складніше в традиційному процесі дозування рідини, оскільки часто призводить до часткового розчинення підлеглих шарів. На мал. 2 показана фотографія шаруватої структури окремих шарів PECVD, зроблена електронним мікроскопом (SEM). Мікрофотографія показує дві вбудовані хімічні речовини, що чергуються, у дев’ятишаровій стопці.

Малюнок 2. Кремнієві тестові структури, захищені в процесі PECVD.

Як стверджують автори статті – і, звичайно, вони підтверджують це результатами тестів – PECVD пропонує багато переваг перед іншими методами тонкоплівкового покриття, особливо з точки зору надійності. Випробування багатошарового тонкошарового покриття показали значне зменшення необхідної товщини в порівнянні з одношаровим захисним покриттям при однакових параметрах. Процес PECVD досягає цих результатів завдяки можливості швидкого перемикання між хімікатами в одному виробничому пристрої. Сформовані таким чином багатошарові покриття PECVD можуть забезпечити ефективний захист від вологи, солі та інших несприятливих умов навколишнього середовища. Крім того, використання PECVD дозволяє спростити процес і зменшити витрати, пов’язані з маскуванням.

За матеріалами сайту https://tek.info.pl