Propietats del plasma
La naturalesa del plasma en la deposició química de vapor augmentada per plasma és que depèn de l'energia cinètica dels electrons del plasma per activar les reaccions químiques en fase gasosa. Com que el plasma és una col·lecció d'ions, electrons, àtoms i molècules neutres, és elèctricament neutre a nivell macroscòpic. En un plasma, s'emmagatzema una gran quantitat d'energia a l'energia interna del plasma. El plasma es divideix originalment en plasma calent i plasma fred. En el sistema PECVD és plasma fred que es forma per descàrrega de gas a baixa pressió. Aquest plasma produït per una descàrrega de baixa pressió per sota d'uns pocs centenars de Pa és un plasma de gas fora de l'equilibri.
La naturalesa d'aquest plasma és la següent:
(1) El moviment tèrmic irregular dels electrons i els ions supera el seu moviment dirigit.
(2) El seu procés d'ionització és causat principalment per la col·lisió d'electrons ràpids amb molècules de gas.
(3) L'energia tèrmica mitjana dels electrons és d'1 a 2 ordres de magnitud superior a la de les partícules pesades, com ara molècules, àtoms, ions i radicals lliures.
(4) La pèrdua d'energia després de la col·lisió d'electrons i partícules pesades es pot compensar amb el camp elèctric entre col·lisions.
És difícil caracteritzar un plasma de baixa temperatura fora de l'equilibri amb un nombre reduït de paràmetres, perquè és un plasma de baixa temperatura fora de l'equilibri en un sistema PECVD, on la temperatura dels electrons Te no és la mateixa que la temperatura Tj de les partícules pesades. En la tecnologia PECVD, la funció principal del plasma és produir ions químicament actius i radicals lliures. Aquests ions i radicals lliures reaccionen amb altres ions, àtoms i molècules en fase gasosa o causen danys a la xarxa i reaccions químiques a la superfície del substrat, i el rendiment del material actiu és una funció de la densitat d'electrons, la concentració de reactius i el coeficient de rendiment. En altres paraules, el rendiment del material actiu depèn de la intensitat del camp elèctric, la pressió del gas i el rang lliure mitjà de les partícules en el moment de la col·lisió. A mesura que el gas reactiu del plasma es dissocia a causa de la col·lisió d'electrons d'alta energia, es pot superar la barrera d'activació de la reacció química i es pot reduir la temperatura del gas reactiu. La principal diferència entre la PECVD i la CVD convencional és que els principis termodinàmics de la reacció química són diferents. La dissociació de les molècules de gas al plasma no és selectiva, de manera que la capa de pel·lícula dipositada per PECVD és completament diferent de la CVD convencional. La composició de fase produïda per PECVD pot ser única en estat no d'equilibri i la seva formació ja no està limitada per la cinètica d'equilibri. La capa de pel·lícula més típica és en estat amorf.
Característiques de PECVD
(1) Baixa temperatura de deposició.
(2) Reduir la tensió interna causada per la discrepància del coeficient d'expansió lineal de la membrana/material base.
(3) La velocitat de deposició és relativament alta, especialment la deposició a baixa temperatura, cosa que afavoreix l'obtenció de pel·lícules amorfes i microcristal·lines.
A causa del procés de baixa temperatura de PECVD, es pot reduir el dany tèrmic, la difusió mútua i la reacció entre la capa de pel·lícula i el material del substrat, etc., de manera que els components electrònics es poden recobrir tant abans de fabricar-los com a causa de la necessitat de reelaboració. Per a la fabricació de circuits integrats a escala ultra gran (VLSI, ULSI), la tecnologia PECVD s'aplica amb èxit a la formació de pel·lícules de nitrur de silici (SiN) com a pel·lícula protectora final després de la formació del cablejat de l'elèctrode d'Al, així com a l'aplanament i la formació de pel·lícules d'òxid de silici com a aïllament intercapa. Com a dispositius de pel·lícula fina, la tecnologia PECVD també s'ha aplicat amb èxit a la fabricació de transistors de pel·lícula fina (TFT) per a pantalles LCD, etc., utilitzant vidre com a substrat en el mètode de matriu activa. Amb el desenvolupament de circuits integrats a major escala i major integració i l'ús generalitzat de dispositius semiconductors compostos, cal que el PECVD es realitzi a processos de temperatura més baixa i energia d'electrons més alta. Per complir aquest requisit, s'han de desenvolupar tecnologies que puguin sintetitzar pel·lícules de major planitud a temperatures més baixes. Les pel·lícules de SiN i SiOx s'han estudiat àmpliament mitjançant plasma ECR i una nova tecnologia de deposició química de vapor per plasma (PCVD) amb plasma helicoïdal, i han assolit un nivell pràctic en l'ús de pel·lícules d'aïllament intercapa per a circuits integrats a major escala, etc.
Data de publicació: 08 de novembre de 2022