الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما

خصائص البلازما
تعتمد طبيعة البلازما في الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما على الطاقة الحركية للإلكترونات لتنشيط التفاعلات الكيميائية في الطور الغازي. ولأن البلازما عبارة عن مجموعة من الأيونات والإلكترونات والذرات والجزيئات المتعادلة، فهي متعادلة كهربائيًا على المستوى العياني. تُخزن كمية كبيرة من الطاقة في البلازما ضمن طاقتها الداخلية. تُقسم البلازما عادةً إلى بلازما ساخنة وبلازما باردة. في نظام الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما، تكون البلازما باردة، وتتشكل هذه البلازما نتيجة تفريغ غازي منخفض الضغط. تُعرف هذه البلازما، الناتجة عن تفريغ منخفض الضغط (أقل من بضع مئات من الباسكال)، بأنها بلازما غازية غير متوازنة.
طبيعة هذه البلازما هي كما يلي:
(1) الحركة الحرارية غير المنتظمة للإلكترونات والأيونات تتجاوز حركتها الموجهة.
(2) عملية تأينها ناتجة بشكل رئيسي عن تصادم الإلكترونات السريعة مع جزيئات الغاز.
(3) متوسط ​​طاقة الحركة الحرارية للإلكترونات أعلى بمقدار 1 إلى 2 من حيث الحجم من طاقة الجسيمات الثقيلة، مثل الجزيئات والذرات والأيونات والجذور الحرة.
(4) يمكن تعويض فقدان الطاقة بعد تصادم الإلكترونات والجسيمات الثقيلة من المجال الكهربائي بين التصادمات.
يصعب توصيف بلازما غير متوازنة منخفضة الحرارة باستخدام عدد قليل من المعاملات، لأنها في نظام الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما (PECVD) بلازما غير متوازنة منخفضة الحرارة، حيث لا تتطابق درجة حرارة الإلكترونات (Te) مع درجة حرارة الجسيمات الثقيلة (Tj). في تقنية PECVD، تتمثل الوظيفة الأساسية للبلازما في إنتاج أيونات وجذور حرة نشطة كيميائيًا. تتفاعل هذه الأيونات والجذور الحرة مع أيونات وذرات وجزيئات أخرى في الطور الغازي، أو تُسبب تلفًا في الشبكة البلورية وتفاعلات كيميائية على سطح الركيزة، ويعتمد مردود المادة الفعالة على كثافة الإلكترونات وتركيز المواد المتفاعلة ومعامل المردود. بعبارة أخرى، يعتمد مردود المادة الفعالة على شدة المجال الكهربائي وضغط الغاز ومتوسط ​​المدى الحر للجسيمات لحظة التصادم. عندما يتفكك غاز المادة المتفاعلة في البلازما نتيجة تصادم الإلكترونات عالية الطاقة، يمكن تجاوز حاجز التنشيط للتفاعل الكيميائي، وبالتالي خفض درجة حرارة غاز المادة المتفاعلة. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما (PECVD) والترسيب الكيميائي للبخار التقليدي (CVD) في اختلاف المبادئ الديناميكية الحرارية للتفاعل الكيميائي. فتفكك جزيئات الغاز في البلازما غير انتقائي، لذا فإن طبقة الفيلم المترسبة بواسطة PECVD تختلف تمامًا عن تلك المترسبة بواسطة CVD التقليدي. قد يكون التركيب الطوري الناتج عن PECVD فريدًا من نوعه في حالة عدم التوازن، ولم يعد تكوينه مقيدًا بحركية التوازن. وتكون طبقة الفيلم الأكثر شيوعًا في الحالة غير المتبلورة.

ميزات PECVD
(1) درجة حرارة ترسيب منخفضة.
(2) تقليل الإجهاد الداخلي الناتج عن عدم تطابق معامل التمدد الخطي للغشاء / المادة الأساسية.
(3) معدل الترسيب مرتفع نسبيًا، وخاصة الترسيب في درجات الحرارة المنخفضة، مما يساعد على الحصول على أغشية غير متبلورة وأغشية دقيقة التبلور.

بفضل عملية الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما (PECVD) التي تتم في درجات حرارة منخفضة، يمكن تقليل التلف الحراري، والحد من الانتشار المتبادل والتفاعل بين طبقة الفيلم ومادة الركيزة، مما يسمح بتغطية المكونات الإلكترونية قبل تصنيعها أو عند الحاجة إلى إعادة العمل. في تصنيع الدوائر المتكاملة فائقة الاتساع (VLSI، ULSI)، تُطبق تقنية PECVD بنجاح لتشكيل طبقة نيتريد السيليكون (SiN) كطبقة حماية نهائية بعد تشكيل أسلاك أقطاب الألومنيوم، بالإضافة إلى تسوية وتشكيل طبقة أكسيد السيليكون كعازل بين الطبقات. كما تُطبق تقنية PECVD بنجاح في تصنيع ترانزستورات الأغشية الرقيقة (TFTs) لشاشات LCD، باستخدام الزجاج كركيزة في طريقة المصفوفة النشطة. مع تطور الدوائر المتكاملة إلى أحجام أكبر وتكامل أعلى، والاستخدام الواسع لأجهزة أشباه الموصلات المركبة، أصبح من الضروري إجراء عملية PECVD في درجات حرارة منخفضة وطاقة إلكترونية عالية. ولتلبية هذا المطلب، يجري تطوير تقنيات قادرة على تصنيع أغشية ذات سطح مستوٍ بدرجة حرارة منخفضة. وقد خضعت أغشية SiN وSiOx لدراسات مستفيضة باستخدام بلازما الرنين الإلكتروني السيكلوتروني (ECR) وتقنية الترسيب الكيميائي للبخار بالبلازما (PCVD) الجديدة ذات البلازما الحلزونية، ووصلت إلى مستوى عملي في استخدامها كأغشية عازلة بين الطبقات في الدوائر المتكاملة واسعة النطاق، وغيرها.