Plasman ominaisuudet
Plasmatehosteisessa kemiallisessa höyrypinnoituksessa plasman luonne on se, että se perustuu plasman elektronien kineettiseen energiaan kemiallisten reaktioiden aktivoimiseksi kaasufaasissa. Koska plasma on ionien, elektronien, neutraalien atomien ja molekyylien kokoelma, se on sähköisesti neutraali makroskooppisella tasolla. Plasmassa suuri määrä energiaa varastoituu plasman sisäiseen energiaan. Plasma jaetaan alun perin kuumaan plasmaan ja kylmään plasmaan. PECVD-järjestelmässä se on kylmää plasmaa, joka muodostuu matalapaineisesta kaasupurkauksesta. Tämä alle muutaman sadan Pa:n matalapainepurkauksesta syntyvä plasma on epätasapainossa olevaa kaasuplasmaa.
Tämän plasman luonne on seuraava:
(1) Elektronien ja ionien epäsäännöllinen lämpöliike ylittää niiden suunnatun liikkeen.
(2) Sen ionisaatioprosessi johtuu pääasiassa nopeiden elektronien törmäyksestä kaasumolekyylien kanssa.
(3) Elektronien keskimääräinen lämpöliikeenergia on 1–2 kertaluokkaa suurempi kuin raskaiden hiukkasten, kuten molekyylien, atomien, ionien ja vapaiden radikaalien.
(4) Elektronien ja raskaiden hiukkasten törmäyksen jälkeinen energiahäviö voidaan kompensoida törmäysten välisestä sähkökentästä.
Matalan lämpötilan epätasapainoplasmaa on vaikea karakterisoida pienellä määrällä parametreja, koska se on matalan lämpötilan epätasapainoplasma PECVD-järjestelmässä, jossa elektronien lämpötila Te ei ole sama kuin raskaiden hiukkasten lämpötila Tj. PECVD-teknologiassa plasman ensisijainen tehtävä on tuottaa kemiallisesti aktiivisia ioneja ja vapaita radikaaleja. Nämä ionit ja vapaat radikaalit reagoivat muiden ionien, atomien ja molekyylien kanssa kaasufaasissa tai aiheuttavat hilavaurioita ja kemiallisia reaktioita substraatin pinnalla, ja aktiivisen materiaalin saanto on elektronitiheyden, reagoivan aineen pitoisuuden ja saantokertoimen funktio. Toisin sanoen aktiivisen materiaalin saanto riippuu sähkökentän voimakkuudesta, kaasun paineesta ja hiukkasten keskimääräisestä vapaasta etäisyydestä törmäyshetkellä. Kun plasmassa oleva reagoiva kaasu dissosioituu korkeaenergisten elektronien törmäyksen vuoksi, kemiallisen reaktion aktivaatioeste voidaan voittaa ja reagoivan kaasun lämpötilaa voidaan alentaa. PECVD:n ja perinteisen CVD:n tärkein ero on kemiallisen reaktion termodynaamisten periaatteiden erilaisuus. Kaasumolekyylien dissosiaatio plasmassa on epäselektiivistä, joten PECVD:llä kerrostettu kalvokerros on täysin erilainen kuin perinteisellä CVD:llä. PECVD:llä tuotettu faasikoostumus voi olla epätasapainotilakohtainen, eikä sen muodostumista enää rajoita tasapainokinetiikka. Tyypillisin kalvokerros on amorfisessa tilassa.
PECVD-ominaisuudet
(1) Alhainen laskeutumislämpötila.
(2) Vähennä kalvon ja pohjamateriaalin lineaarisen laajenemiskertoimen epäsuhdan aiheuttamaa sisäistä jännitystä.
(3) Laskeutumisnopeus on suhteellisen korkea, erityisesti matalan lämpötilan laskeutuminen, mikä edistää amorfisten ja mikrokiteisten kalvojen saamista.
PECVD-menetelmän matalan lämpötilan ansiosta voidaan vähentää lämpövaurioita, kalvokerroksen ja alustamateriaalin välistä keskinäistä diffuusiota ja reaktiota jne., jolloin elektroniset komponentit voidaan pinnoittaa sekä ennen niiden valmistusta että uudelleenkäsittelyn tarpeen vuoksi. Erittäin suurten integroitujen piirien (VLSI, ULSI) valmistuksessa PECVD-teknologiaa on sovellettu onnistuneesti piinitridikalvon (SiN) muodostamiseen lopulliseksi suojakalvoksi Al-elektrodijohdotuksen jälkeen, sekä litistämiseen ja piioksidikalvon muodostamiseen välikerroseristeeksi. Ohutkalvolaitteina PECVD-teknologiaa on sovellettu onnistuneesti myös ohutkalvotransistoreiden (TFT) valmistukseen LCD-näyttöihin jne. käyttäen lasia alustana aktiivimatriisimenetelmässä. Integroitujen piirien kehittyessä suuremman mittakaavan ja korkeamman integraation sekä yhdistepuolijohdekomponenttien laajan käytön myötä PECVD on suoritettava alhaisemmissa lämpötiloissa ja korkeamman elektronienergian prosesseissa. Tämän vaatimuksen täyttämiseksi on kehitettävä teknologioita, jotka voivat syntetisoida korkeamman tasaisuuden kalvoja alhaisemmissa lämpötiloissa. SiN- ja SiOx-kalvoja on tutkittu laajasti käyttämällä ECR-plasmaa ja uutta plasmakemiallista höyrypinnoitustekniikkaa (PCVD) kierukkaplasmalla, ja ne ovat saavuttaneet käytännön tason välikerroseristekalvojen käytössä suuremmissa integroiduissa piireissä jne.
Julkaisun aika: 8.11.2022