Plasmaeigenschaften
Die Natur des Plasmas bei der plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung besteht darin, dass es die kinetische Energie der Elektronen im Plasma nutzt, um die chemischen Reaktionen in der Gasphase zu aktivieren. Da Plasma eine Ansammlung von Ionen, Elektronen, neutralen Atomen und Molekülen ist, ist es makroskopisch elektrisch neutral. In einem Plasma ist eine große Menge an Energie in der inneren Energie des Plasmas gespeichert. Plasma wird üblicherweise in heißes und kaltes Plasma unterteilt. Im PECVD-System ist es kaltes Plasma, das durch eine Niederdruck-Gasentladung erzeugt wird. Dieses durch eine Niederdruck-Entladung unter einigen hundert Pa erzeugte Plasma ist ein Nichtgleichgewichts-Gasplasma.
Die Natur dieses Plasmas ist wie folgt:
(1) Die unregelmäßige thermische Bewegung von Elektronen und Ionen übersteigt ihre gerichtete Bewegung.
(2) Sein Ionisierungsprozess wird hauptsächlich durch die Kollision schneller Elektronen mit Gasmolekülen verursacht.
(3) Die durchschnittliche thermische Bewegungsenergie von Elektronen ist um 1 bis 2 Größenordnungen höher als die von schweren Teilchen wie Molekülen, Atomen, Ionen und freien Radikalen.
(4) Der Energieverlust nach der Kollision von Elektronen und schweren Teilchen kann durch das elektrische Feld zwischen den Kollisionen kompensiert werden.
Die Charakterisierung eines Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasmas anhand weniger Parameter ist schwierig, da es sich um ein Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasma in einem PECVD-System handelt, in dem die Elektronentemperatur Te nicht mit der Temperatur Tj der schweren Teilchen übereinstimmt. In der PECVD-Technologie besteht die Hauptfunktion des Plasmas in der Erzeugung chemisch aktiver Ionen und freier Radikale. Diese Ionen und freien Radikale reagieren mit anderen Ionen, Atomen und Molekülen in der Gasphase oder verursachen Gitterschäden und chemische Reaktionen auf der Substratoberfläche. Die Ausbeute an aktivem Material ist eine Funktion der Elektronendichte, der Reaktantenkonzentration und des Ausbeutekoeffizienten. Anders ausgedrückt: Die Ausbeute an aktivem Material hängt von der elektrischen Feldstärke, dem Gasdruck und der durchschnittlichen freien Reichweite der Teilchen zum Zeitpunkt der Kollision ab. Da das Reaktantgas im Plasma durch die Kollision hochenergetischer Elektronen dissoziiert, kann die Aktivierungsbarriere der chemischen Reaktion überwunden und die Temperatur des Reaktantgases gesenkt werden. Der Hauptunterschied zwischen PECVD und konventioneller CVD besteht in den unterschiedlichen thermodynamischen Prinzipien der chemischen Reaktion. Die Dissoziation von Gasmolekülen im Plasma erfolgt unselektiv, sodass sich die durch PECVD abgeschiedene Filmschicht grundlegend von der konventionellen CVD unterscheidet. Die durch PECVD erzeugte Phasenzusammensetzung kann eindeutig nicht im Gleichgewicht sein, und ihre Bildung ist nicht mehr durch die Gleichgewichtskinetik begrenzt. Die typischste Filmschicht ist amorph.
PECVD-Funktionen
(1) Niedrige Abscheidungstemperatur.
(2) Reduzieren Sie die innere Spannung, die durch die Nichtübereinstimmung des linearen Ausdehnungskoeffizienten des Membran-/Basismaterials verursacht wird.
(3) Die Abscheidungsrate ist relativ hoch, insbesondere bei der Abscheidung bei niedriger Temperatur, was zur Gewinnung amorpher und mikrokristalliner Filme beiträgt.
Durch den Niedertemperaturprozess der PECVD werden thermische Schäden sowie die gegenseitige Diffusion und Reaktion zwischen Filmschicht und Substratmaterial reduziert. Dadurch können elektronische Bauteile sowohl vor der Herstellung als auch bei Nachbearbeitung beschichtet werden. Bei der Herstellung von ultrahochintegrierten Schaltungen (VLSI, ULSI) wird die PECVD-Technologie erfolgreich eingesetzt, um Siliziumnitridfilme (SiN) als abschließende Schutzschicht nach der Bildung der Al-Elektrodenverdrahtung zu bilden, sowie zur Glättung und Bildung von Siliziumoxidfilmen als Zwischenschichtisolierung. Dünnschichtbauelemente werden mit der PECVD-Technologie auch erfolgreich zur Herstellung von Dünnschichttransistoren (TFTs) für LCD-Displays usw. eingesetzt, wobei Glas als Substrat im Aktivmatrixverfahren verwendet wird. Mit der Entwicklung größerer und höher integrierter integrierter Schaltungen und der zunehmenden Verwendung von Verbindungshalbleiterbauelementen erfordert PECVD niedrigere Temperaturen und höhere Elektronenenergie. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, müssen Technologien entwickelt werden, die eine höhere Ebenheit von Filmen bei niedrigeren Temperaturen ermöglichen. Die SiN- und SiOx-Filme wurden mithilfe von ECR-Plasma und einer neuen Plasma-Chemical-Vapor-Deposition-Technologie (PCVD) mit spiralförmigem Plasma umfassend untersucht und haben ein praktisches Niveau bei der Verwendung von Zwischenschicht-Isolationsfilmen für integrierte Schaltkreise im größeren Maßstab usw. erreicht.
Beitragszeit: 08.11.2022