Propiedades do plasma
A natureza do plasma na deposición química de vapor mellorada por plasma é que depende da enerxía cinética dos electróns do plasma para activar as reaccións químicas na fase gasosa. Dado que o plasma é unha colección de ións, electróns, átomos e moléculas neutros, é electricamente neutro a nivel macroscópico. Nun plasma, almacénase unha gran cantidade de enerxía na enerxía interna do plasma. O plasma divídese orixinalmente en plasma quente e plasma frío. No sistema PECVD, trátase de plasma frío que se forma por descarga de gas a baixa presión. Este plasma producido por unha descarga de baixa presión por debaixo duns poucos centos de Pa é un plasma de gas fóra do equilibrio.
A natureza deste plasma é a seguinte:
(1) O movemento térmico irregular dos electróns e ións excede o seu movemento dirixido.
(2) O seu proceso de ionización débese principalmente á colisión de electróns rápidos con moléculas de gas.
(3) A enerxía térmica media dos electróns é de 1 a 2 ordes de magnitude maior que a das partículas pesadas, como moléculas, átomos, ións e radicais libres.
(4) A perda de enerxía despois da colisión de electróns e partículas pesadas pódese compensar co campo eléctrico entre as colisións.
É difícil caracterizar un plasma de baixa temperatura fóra do equilibrio cun pequeno número de parámetros, porque é un plasma de baixa temperatura fóra do equilibrio nun sistema PECVD, onde a temperatura dos electróns Te non é a mesma que a temperatura Tj das partículas pesadas. Na tecnoloxía PECVD, a función principal do plasma é producir ións quimicamente activos e radicais libres. Estes ións e radicais libres reaccionan con outros ións, átomos e moléculas na fase gasosa ou causan danos na rede e reaccións químicas na superficie do substrato, e o rendemento do material activo é unha función da densidade de electróns, a concentración de reactivos e o coeficiente de rendemento. Noutras palabras, o rendemento do material activo depende da intensidade do campo eléctrico, a presión do gas e o rango libre medio das partículas no momento da colisión. A medida que o gas reactivo no plasma se disocia debido á colisión de electróns de alta enerxía, pódese superar a barreira de activación da reacción química e pódese reducir a temperatura do gas reactivo. A principal diferenza entre a PECVD e a CVD convencional é que os principios termodinámicos da reacción química son diferentes. A disociación das moléculas de gas no plasma non é selectiva, polo que a capa de película depositada por PECVD é completamente diferente da CVD convencional. A composición de fase producida por PECVD pode ser única en estado de desequilibrio e a súa formación xa non está limitada pola cinética de equilibrio. A capa de película máis típica é o estado amorfo.
Características de PECVD
(1) Baixa temperatura de deposición.
(2) Reducir a tensión interna causada pola desaxuste do coeficiente de expansión lineal da membrana/material base.
(3) A taxa de deposición é relativamente alta, especialmente a deposición a baixa temperatura, o que favorece a obtención de películas amorfas e microcristalinas.
Debido ao proceso de baixa temperatura do PECVD, pódese reducir o dano térmico, a difusión mutua e a reacción entre a capa de película e o material do substrato, etc., de xeito que os compoñentes electrónicos poden ser revestidos tanto antes da súa fabricación como debido á necesidade de retraballo. Para a fabricación de circuítos integrados a escala ultragrande (VLSI, ULSI), a tecnoloxía PECVD aplicouse con éxito á formación dunha película de nitruro de silicio (SiN) como película protectora final despois da formación do cableado do eléctrodo de Al, así como ao aplanamento e á formación dunha película de óxido de silicio como illamento intercapa. Como dispositivos de película fina, a tecnoloxía PECVD tamén se aplicou con éxito á fabricación de transistores de película fina (TFT) para pantallas LCD, etc., utilizando vidro como substrato no método de matriz activa. Co desenvolvemento de circuítos integrados a maior escala e maior integración e o uso xeneralizado de dispositivos semicondutores compostos, é necesario que o PECVD se realice a procesos de menor temperatura e maior enerxía de electróns. Para cumprir este requisito, débense desenvolver tecnoloxías que poidan sintetizar películas de maior planitude a temperaturas máis baixas. As películas de SiN e SiOx foron estudadas exhaustivamente empregando plasma ECR e unha nova tecnoloxía de deposición química de vapor por plasma (PCVD) cun plasma helicoidal, e alcanzaron un nivel práctico no uso de películas de illamento intercapa para circuítos integrados a maior escala, etc.
Data de publicación: 08 de novembro de 2022