Vlastnosti plazmatu
Povaha plazmatu v plazmově vylepšené chemické depozici z plynné fáze spočívá v tom, že se spoléhá na kinetickou energii elektronů v plazmatu k aktivaci chemických reakcí v plynné fázi. Protože plazma je souborem iontů, elektronů, neutrálních atomů a molekul, je na makroskopické úrovni elektricky neutrální. V plazmatu je velké množství energie uloženo ve vnitřní energii plazmatu. Plazma se původně dělí na horkou plazmu a studenou plazmu. V systému PECVD je to studená plazma, která vzniká nízkotlakým výbojem v plynu. Tato plazma produkovaná nízkotlakým výbojem pod několika set Pa je nerovnovážná plynová plazma.
Povaha této plazmy je následující:
(1) Nepravidelný tepelný pohyb elektronů a iontů převyšuje jejich směrovaný pohyb.
(2) Jeho ionizační proces je způsoben hlavně srážkou rychlých elektronů s molekulami plynu.
(3) Průměrná energie tepelného pohybu elektronů je o 1 až 2 řády vyšší než u těžkých částic, jako jsou molekuly, atomy, ionty a volné radikály.
(4) Ztráta energie po srážce elektronů a těžkých částic může být kompenzována elektrickým polem mezi srážkami.
Je obtížné charakterizovat nízkoteplotní nerovnovážnou plazmu s malým počtem parametrů, protože se jedná o nízkoteplotní nerovnovážnou plazmu v systému PECVD, kde teplota elektronů Te není stejná jako teplota Tj těžkých částic. V technologii PECVD je primární funkcí plazmatu produkce chemicky aktivních iontů a volných radikálů. Tyto ionty a volné radikály reagují s jinými ionty, atomy a molekulami v plynné fázi nebo způsobují poškození mřížky a chemické reakce na povrchu substrátu a výtěžek aktivního materiálu je funkcí hustoty elektronů, koncentrace reaktantu a koeficientu výtěžku. Jinými slovy, výtěžek aktivního materiálu závisí na síle elektrického pole, tlaku plynu a průměrném volném pohybu částic v okamžiku srážky. Jak se reaktant v plazmatu disociuje v důsledku srážky vysokoenergetických elektronů, lze překonat aktivační bariéru chemické reakce a snížit teplotu reaktantu. Hlavní rozdíl mezi PECVD a konvenční CVD spočívá v tom, že termodynamické principy chemické reakce se liší. Disociace molekul plynu v plazmatu je neselektivní, takže vrstva filmu nanesená metodou PECVD se zcela liší od konvenční CVD. Fázové složení vytvořené metodou PECVD může být nerovnovážné a jeho tvorba již není omezena rovnovážnou kinetikou. Nejtypičtější filmovou vrstvou je amorfní stav.
Vlastnosti PECVD
(1) Nízká teplota nanášení.
(2) Snížení vnitřního napětí způsobeného nesouladem koeficientu lineární roztažnosti membrány/základního materiálu.
(3) Rychlost nanášení je relativně vysoká, zejména při nízkých teplotách, což vede k získání amorfních a mikrokrystalických filmů.
Díky nízkoteplotnímu procesu PECVD lze snížit tepelné poškození, vzájemnou difúzi a reakci mezi vrstvou filmu a substrátovým materiálem atd., takže elektronické součástky lze potahovat jak před jejich výrobou, tak z důvodu potřeby přepracování. Pro výrobu ultra-velkých integrovaných obvodů (VLSI, ULSI) se technologie PECVD úspěšně používá k vytváření filmu nitridu křemíku (SiN) jako finální ochranné vrstvy po vytvoření hliníkového elektrodového drátu, stejně jako ke zploštění a vytváření filmu oxidu křemíku jako mezivrstvé izolace. Technologie PECVD se také úspěšně používá v tenkovrstvých součástkách k výrobě tenkovrstvých tranzistorů (TFT) pro LCD displeje atd. s použitím skla jako substrátu v metodě aktivní matice. S vývojem integrovaných obvodů pro větší měřítko a vyšší integraci a širokým používáním složených polovodičových součástek je nutné, aby se PECVD prováděl při nižších teplotách a s vyšší energií elektronů. Pro splnění tohoto požadavku je třeba vyvinout technologie, které dokáží syntetizovat filmy s vyšší rovinností při nižších teplotách. Filmy SiN a SiOx byly rozsáhle studovány s využitím ECR plazmatu a nové technologie plazmově chemické depozice z plynné fáze (PCVD) se spirálovou plazmou a dosáhly praktické úrovně v použití mezivrstvých izolačních filmů pro větší integrované obvody atd.
Čas zveřejnění: 8. listopadu 2022