PECVD氣體及流量控制系統中質量流量控制器的應用

在半導體制造行業，精密工藝控制對于確保產品質量和提升生產效率非常重要。等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）技術作為一項關鍵技術，在薄膜沉積工藝中扮演著重要角色。通過利用等離子體中的活性粒子促進化學反應，PECVD能夠在相對低溫的環境下生成高質量的薄膜。然而，該過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鍵。MFC采用先進的流量傳感技術和比例閥控制技術，實現了對氣體流量的精細調節。它能實時監控流體流量的變化，確保PECVD過程的穩定性和一致性，有助于及時識別并解決潛在的設備問題，保障設備長期穩定運行。

一、PECVD 基本原理

在低氣壓下，利用低溫等離子體*在工藝腔體陰極產生輝光放電，通過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，經化學反應和等離子體反應在樣品表面形成固態薄膜。

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，體系中物質非完全電離，電子溫度遠高于離子溫度，但宏觀表現上溫度相對較低，總體處于非熱平衡狀態，故又稱為非平衡態等離子體。

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

二、PECVD 基本分類

按照等離子體發生的頻率來分，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可以顯著地降低啟輝電壓，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報警，冷卻水管路采用絕緣材料。加熱器使襯底升溫除雜質，提高薄膜與襯底的附著力。

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

下面來自ISweek工采網代理美國SIARGO的一款高精度，量程范圍寬可選的MEMS氣體質量流量控制器MFC2000系列。

MFC2000系列質量流量控制器采用公司專有的MEMS Thermal-D操作TM熱量傳感技術與智能控制電子設備，這種獨特的質量流量傳感技術消除了一些擴散率相似的氣體的氣體敏感性，并允許在編程后進行氣體識別。本產品可用干動態范圍為100:1的過程控制，其控制范圍為0.1至0.8MPa(15至120 PSL)的壓力和0至50℃的補償溫度。量程在50mL/min到200L/min不同范圍可選，帶有數字RS485 Modbus通信和模擬輸出。

該產品的設計便于更換機械連接器，標準連接器可選雙卡套、VCR或UNF，其他定制連接器可根據要求提供。SIARGO的MFC2000質量流量控制器在PECVD設備中具有很重要的作用，可以精準測量和控制氣體流量的大小。