Свойства на плазмата
Природата на плазмата при плазмено-усиленото химическо отлагане от газова фаза е, че тя разчита на кинетичната енергия на електроните в плазмата, за да активира химичните реакции в газовата фаза. Тъй като плазмата е съвкупност от йони, електрони, неутрални атоми и молекули, тя е електрически неутрална на макроскопско ниво. В плазмата голямо количество енергия се съхранява във вътрешната енергия на плазмата. Плазмата първоначално се разделя на гореща плазма и студена плазма. В PECVD системата студената плазма се образува от газов разряд с ниско налягане. Тази плазма, произведена от разряд с ниско налягане под няколкостотин Pa, е неравновесна газова плазма.
Природата на тази плазма е следната:
(1) Неравномерното топлинно движение на електрони и йони превишава насоченото им движение.
(2) Процесът на йонизация се причинява главно от сблъсъка на бързи електрони с газови молекули.
(3) Средната енергия на топлинно движение на електроните е с 1 до 2 порядъка по-висока от тази на тежките частици, като молекули, атоми, йони и свободни радикали.
(4) Загубата на енергия след сблъсъка на електрони и тежки частици може да бъде компенсирана от електрическото поле между сблъсъците.
Трудно е да се характеризира нискотемпературна неравновесна плазма с малък брой параметри, тъй като тя е нискотемпературна неравновесна плазма в PECVD система, където електронната температура Te не е същата като температурата Tj на тежките частици. В PECVD технологията основната функция на плазмата е да произвежда химически активни йони и свободни радикали. Тези йони и свободни радикали реагират с други йони, атоми и молекули в газова фаза или причиняват увреждане на решетката и химични реакции на повърхността на субстрата, а добивът на активен материал е функция на електронната плътност, концентрацията на реагента и коефициента на добив. С други думи, добивът на активен материал зависи от силата на електрическото поле, налягането на газа и средния свободен пробег на частиците в момента на сблъсъка. Тъй като реагентният газ в плазмата се дисоциира поради сблъсъка на високоенергийни електрони, активационната бариера на химическата реакция може да бъде преодоляна и температурата на реагентния газ може да бъде намалена. Основната разлика между PECVD и конвенционалния CVD е, че термодинамичните принципи на химическата реакция са различни. Дисоциацията на газовите молекули в плазмата е неселективна, така че филмовият слой, отложен чрез PECVD, е напълно различен от конвенционалния CVD. Фазовият състав, получен чрез PECVD, може да е уникален за неравновесно състояние и неговото образуване вече не е ограничено от равновесната кинетика. Най-типичният филмов слой е в аморфно състояние.
Характеристики на PECVD
(1) Ниска температура на отлагане.
(2) Намалете вътрешното напрежение, причинено от несъответствието на коефициента на линейно разширение на мембраната/основния материал.
(3) Скоростта на отлагане е сравнително висока, особено при нискотемпературно отлагане, което е благоприятно за получаване на аморфни и микрокристални филми.
Благодарение на нискотемпературния процес на PECVD, може да се намали термичното увреждане, взаимната дифузия и реакцията между филмовия слой и материала на основата и т.н., така че електронните компоненти могат да бъдат покрити както преди производството им, така и поради необходимостта от повторна обработка. За производството на ултра-големи интегрални схеми (VLSI, ULSI), PECVD технологията се прилага успешно за образуване на силициево-нитриден филм (SiN) като краен защитен филм след образуването на Al електродните проводници, както и за сплескване и образуване на силициево-оксиден филм като междинна изолация. Като тънкослойни устройства, PECVD технологията се прилага успешно и за производството на тънкослойни транзистори (TFT) за LCD дисплеи и др., използвайки стъкло като субстрат в метода на активната матрица. С развитието на интегрални схеми за по-голям мащаб и по-висока интеграция и широкото използване на съставни полупроводникови устройства, PECVD се изисква да се извършва при процеси с по-ниска температура и по-висока електронна енергия. За да се отговори на това изискване, трябва да се разработят технологии, които могат да синтезират филми с по-висока плоскост при по-ниски температури. Филмите SiN и SiOx са били обстойно изследвани с помощта на ECR плазма и нова технология за плазмено-химично отлагане от пари (PCVD) със спирална плазма и са достигнали практическо ниво при използването на междуслойни изолационни филми за по-големи интегрални схеми и др.
Време на публикуване: 08 ноември 2022 г.