Plasmaforstærket kemisk dampaflejring

Plasmaegenskaber
Plasmaets natur i plasmaforstærket kemisk dampaflejring er, at det er afhængigt af elektronernes kinetiske energi i plasmaet for at aktivere de kemiske reaktioner i gasfasen. Da plasma er en samling af ioner, elektroner, neutrale atomer og molekyler, er det elektrisk neutralt på makroskopisk niveau. I et plasma lagres en stor mængde energi i plasmaets indre energi. Plasma er oprindeligt opdelt i varmt plasma og koldt plasma. I PECVD-systemet er det koldt plasma, der dannes ved lavtryksgasudladning. Dette plasma, der produceres ved en lavtryksudladning under et par hundrede Pa, er et ikke-ligevægtsgasplasma.
Plasmaets natur er som følger:
(1) Uregelmæssig termisk bevægelse af elektroner og ioner overstiger deres rettede bevægelse.
(2) Dens ioniseringsproces skyldes hovedsageligt kollisionen af ​​hurtige elektroner med gasmolekyler.
(3) Elektroners gennemsnitlige termiske bevægelsesenergi er 1 til 2 størrelsesordener højere end tunge partiklers, såsom molekyler, atomer, ioner og frie radikaler.
(4) Energitabet efter kollisionen mellem elektroner og tunge partikler kan kompenseres af det elektriske felt mellem kollisionerne.
Det er vanskeligt at karakterisere et lavtemperatur-ikke-ligevægtsplasma med et lille antal parametre, fordi det er et lavtemperatur-ikke-ligevægtsplasma i et PECVD-system, hvor elektrontemperaturen Te ikke er den samme som temperaturen Tj for de tunge partikler. I PECVD-teknologi er plasmaets primære funktion at producere kemisk aktive ioner og frie radikaler. Disse ioner og frie radikaler reagerer med andre ioner, atomer og molekyler i gasfasen eller forårsager gitterskader og kemiske reaktioner på substratoverfladen, og udbyttet af aktivt materiale er en funktion af elektrontæthed, reaktantkoncentration og udbyttekoefficient. Med andre ord afhænger udbyttet af aktivt materiale af den elektriske feltstyrke, gastrykket og partiklernes gennemsnitlige frie rækkevidde på kollisionstidspunktet. Når reaktantgassen i plasmaet dissocierer på grund af kollisionen af ​​højenergielektroner, kan aktiveringsbarrieren for den kemiske reaktion overvindes, og temperaturen af ​​reaktantgassen kan reduceres. Hovedforskellen mellem PECVD og konventionel CVD er, at de termodynamiske principper for den kemiske reaktion er forskellige. Dissociationen af ​​gasmolekyler i plasmaet er ikke-selektiv, så filmlaget, der afsættes ved PECVD, er fuldstændig forskelligt fra konventionel CVD. Fasesammensætningen produceret ved PECVD kan være unik i ikke-ligevægtstilstanden, og dens dannelse er ikke længere begrænset af ligevægtskinetikken. Det mest typiske filmlag er i den amorfe tilstand.

PECVD-funktioner
(1) Lav aflejringstemperatur.
(2) Reducer den indre spænding forårsaget af uoverensstemmelsen mellem membranens/basismaterialets lineære udvidelseskoefficient.
(3) Aflejringshastigheden er relativt høj, især aflejring ved lav temperatur, hvilket er befordrende for at opnå amorfe og mikrokrystallinske film.

På grund af lavtemperaturprocessen i PECVD kan termisk skade reduceres, gensidig diffusion og reaktion mellem filmlaget og substratmaterialet kan reduceres osv., så elektroniske komponenter kan belægges både før de fremstilles eller på grund af behovet for efterbearbejdning. Til fremstilling af ultrastorskala integrerede kredsløb (VLSI, ULSI) er PECVD-teknologi med succes anvendt til dannelse af siliciumnitridfilm (SiN) som den endelige beskyttelsesfilm efter dannelsen af ​​Al-elektrodeledninger, samt udfladning og dannelse af siliciumoxidfilm som mellemlagsisolering. Som tyndfilmskomponenter er PECVD-teknologi også med succes blevet anvendt til fremstilling af tyndfilmstransistorer (TFT'er) til LCD-skærme osv. ved hjælp af glas som substrat i den aktive matrixmetode. Med udviklingen af ​​integrerede kredsløb i større skala og højere integration og den udbredte anvendelse af sammensatte halvlederkomponenter er det nødvendigt, at PECVD udføres ved processer med lavere temperatur og højere elektronenergi. For at opfylde dette krav skal der udvikles teknologier, der kan syntetisere film med højere planhed ved lavere temperaturer. SiN- og SiOx-filmene er blevet grundigt undersøgt ved hjælp af ECR-plasma og en ny plasmakemisk dampaflejringsteknologi (PCVD) med et spiralformet plasma og har nået et praktisk niveau i brugen af ​​mellemlagsisoleringsfilm til integrerede kredsløb i større skala osv.