Plasma omadused
Plasma abil keemilise sadestamise puhul tugineb plasma elektronide kineetilisele energiale, et aktiveerida gaasifaasis keemilisi reaktsioone. Kuna plasma on ioonide, elektronide, neutraalsete aatomite ja molekulide kogum, on see makroskoopilisel tasandil elektriliselt neutraalne. Plasmas on suur hulk energiat salvestatud plasma siseenergiasse. Plasma jaguneb algselt kuumaks plasmaks ja külmaks plasmaks. PECVD-süsteemis on see külm plasma, mis tekib madalrõhu gaaslahenduse teel. See alla mõnesaja Pa madalrõhu gaaslahenduse teel tekkiv plasma on mittetasakaaluline gaasiplasma.
Selle plasma olemus on järgmine:
(1) Elektronide ja ioonide ebaregulaarne termiline liikumine ületab nende suunatud liikumise.
(2) Selle ionisatsiooniprotsess toimub peamiselt kiirete elektronide kokkupõrkes gaasimolekulidega.
(3) Elektronide keskmine soojusliikumise energia on 1–2 suurusjärku suurem kui rasketel osakestel, näiteks molekulidel, aatomitel, ioonidel ja vabadel radikaalidel.
(4) Elektronide ja raskete osakeste kokkupõrkest tulenevat energiakadu saab kompenseerida kokkupõrgetevahelise elektrivälja abil.
Madala temperatuuriga mittetasakaalulist plasmat on raske väikese arvu parameetritega iseloomustada, kuna tegemist on madala temperatuuriga mittetasakaalulise plasmaga PECVD-süsteemis, kus elektronide temperatuur Te ei ole sama mis raskete osakeste temperatuur Tj. PECVD-tehnoloogias on plasma peamine ülesanne keemiliselt aktiivsete ioonide ja vabade radikaalide tootmine. Need ioonid ja vabad radikaalid reageerivad gaasifaasis teiste ioonide, aatomite ja molekulidega või põhjustavad võrekahjustusi ja keemilisi reaktsioone substraadi pinnal ning aktiivse materjali saagis sõltub elektrontihedusest, reagendi kontsentratsioonist ja saagiskordajast. Teisisõnu, aktiivse materjali saagis sõltub elektrivälja tugevusest, gaasirõhust ja osakeste keskmisest vabast ulatusest kokkupõrke ajal. Kuna plasmas olev reagent dissotsieerub suure energiaga elektronide kokkupõrke tõttu, saab keemilise reaktsiooni aktivatsioonibarjääri ületada ja reagendi temperatuuri alandada. Peamine erinevus PECVD ja tavapärase CVD vahel on see, et keemilise reaktsiooni termodünaamilised põhimõtted on erinevad. Gaasimolekulide dissotsiatsioon plasmas on mitteselektiivne, seega on PECVD-meetodil sadestatud kilekiht täiesti erinev tavapärasest CVD-meetodist. PECVD-meetodil tekitatud faasikoostis võib olla mittetasakaaluline ja selle moodustumist ei piira enam tasakaalukineetika. Kõige tüüpilisem kilekiht on amorfses olekus.
PECVD omadused
(1) Madal sadestumistemperatuur.
(2) Vähendage membraani/alusmaterjali lineaarse paisumisteguri mittevastavusest tingitud sisemist pinget.
(3) Sadestumiskiirus on suhteliselt kõrge, eriti madalal temperatuuril sadestumisel, mis soodustab amorfsete ja mikrokristalliliste kilede saamist.
Tänu PECVD madalatemperatuursele protsessile saab vähendada termilisi kahjustusi, vastastikust difusiooni ja reaktsiooni kilekihi ja alusmaterjali vahel jne, nii et elektroonilisi komponente saab katta nii enne nende valmistamist kui ka vajaduse korral ümbertöötlemiseks. Ülisuurte integraallülituste (VLSI, ULSI) tootmisel on PECVD-tehnoloogiat edukalt rakendatud räninitriidkile (SiN) moodustamiseks lõpliku kaitsekilena pärast Al-elektroodide juhtmete moodustamist, samuti lamestamiseks ja ränioksiidkile moodustamiseks vahekihi isolatsioonina. Õhukese kilega seadmetena on PECVD-tehnoloogiat edukalt rakendatud ka õhukese kilega transistoride (TFT) tootmisel LCD-ekraanidele jne, kasutades aktiivmaatriksi meetodil alusmaterjalina klaasi. Integraallülituste arendamisega suurema ulatuse ja kõrgema integreerituse saavutamiseks ning liitpooljuhtseadmete laialdase kasutamisega on vaja PECVD-d teostada madalamal temperatuuril ja suurema elektronenergia protsessidega. Selle nõude täitmiseks tuleb välja töötada tehnoloogiad, mis võimaldavad sünteesida suurema tasapinnaga kilesid madalamatel temperatuuridel. SiN- ja SiOx-kilesid on põhjalikult uuritud, kasutades ECR-plasmat ja uut plasma keemilise aurustamise (PCVD) tehnoloogiat spiraalse plasmaga, ning need on saavutanud praktilise taseme vahekihtide isolatsioonkilede kasutamisel suuremahuliste integraallülituste jms jaoks.
Postituse aeg: 08.11.2022