પ્લાઝ્મા ઉન્નત રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપ

પ્લાઝ્મા ગુણધર્મો
પ્લાઝ્મા-ઉન્નત રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપણમાં પ્લાઝ્માની પ્રકૃતિ એ છે કે તે ગેસ તબક્કામાં રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને સક્રિય કરવા માટે પ્લાઝ્મામાં ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા પર આધાર રાખે છે. પ્લાઝ્મા આયનો, ઇલેક્ટ્રોન, તટસ્થ અણુઓ અને અણુઓનો સંગ્રહ હોવાથી, તે મેક્રોસ્કોપિક સ્તરે વિદ્યુત રીતે તટસ્થ છે. પ્લાઝ્મામાં, પ્લાઝ્માની આંતરિક ઊર્જામાં મોટી માત્રામાં ઊર્જા સંગ્રહિત થાય છે. પ્લાઝ્મા મૂળ રૂપે ગરમ પ્લાઝ્મા અને ઠંડા પ્લાઝ્મામાં વિભાજિત થાય છે. PECVD સિસ્ટમમાં તે ઠંડુ પ્લાઝ્મા છે જે ઓછા દબાણવાળા ગેસ સ્રાવ દ્વારા રચાય છે. થોડાક સો Pa થી નીચેના ઓછા દબાણવાળા સ્રાવ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ આ પ્લાઝ્મા એક બિન-સંતુલન ગેસ પ્લાઝ્મા છે.
આ પ્લાઝ્માની પ્રકૃતિ નીચે મુજબ છે:
(1) ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોની અનિયમિત થર્મલ ગતિ તેમની નિર્દેશિત ગતિ કરતાં વધી જાય છે.
(2) તેની આયનીકરણ પ્રક્રિયા મુખ્યત્વે ગેસના અણુઓ સાથે ઝડપી ઇલેક્ટ્રોનની અથડામણને કારણે થાય છે.
(૩) ઇલેક્ટ્રોનની સરેરાશ ઉષ્મીય ગતિ ઊર્જા અણુઓ, અણુઓ, આયનો અને મુક્ત રેડિકલ જેવા ભારે કણો કરતાં ૧ થી ૨ ક્રમ વધુ હોય છે.
(૪) ઇલેક્ટ્રોન અને ભારે કણોના અથડામણ પછી થતા ઉર્જાના નુકસાનની ભરપાઈ અથડામણ વચ્ચેના વિદ્યુત ક્ષેત્ર દ્વારા કરી શકાય છે.
ઓછા તાપમાનવાળા બિન-સંતુલન પ્લાઝ્માનું વર્ણન થોડા પરિમાણો સાથે કરવું મુશ્કેલ છે, કારણ કે તે PECVD સિસ્ટમમાં નીચા તાપમાનવાળા બિન-સંતુલન પ્લાઝ્મા છે, જ્યાં ઇલેક્ટ્રોન તાપમાન Te ભારે કણોના તાપમાન Tj જેટલું નથી. PECVD ટેકનોલોજીમાં, પ્લાઝ્માનું પ્રાથમિક કાર્ય રાસાયણિક રીતે સક્રિય આયનો અને મુક્ત-રેડિકલ ઉત્પન્ન કરવાનું છે. આ આયનો અને મુક્ત-રેડિકલ ગેસ તબક્કામાં અન્ય આયનો, અણુઓ અને અણુઓ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે અથવા સબસ્ટ્રેટ સપાટી પર જાળીને નુકસાન અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનું કારણ બને છે, અને સક્રિય સામગ્રીનું ઉપજ ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા, પ્રતિક્રિયાશીલ સાંદ્રતા અને ઉપજ ગુણાંકનું કાર્ય છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, સક્રિય સામગ્રીનું ઉપજ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની શક્તિ, ગેસ દબાણ અને અથડામણ સમયે કણોની સરેરાશ મુક્ત શ્રેણી પર આધાર રાખે છે. ઉચ્ચ-ઊર્જા ઇલેક્ટ્રોનની અથડામણને કારણે પ્લાઝ્મામાં રિએક્ટન્ટ ગેસ વિઘટન થતાં, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના સક્રિયકરણ અવરોધને દૂર કરી શકાય છે અને રિએક્ટન્ટ ગેસનું તાપમાન ઘટાડી શકાય છે. PECVD અને પરંપરાગત CVD વચ્ચેનો મુખ્ય તફાવત એ છે કે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતો અલગ છે. પ્લાઝ્મામાં ગેસના અણુઓનું વિયોજન બિન-પસંદગીયુક્ત છે, તેથી PECVD દ્વારા જમા થયેલ ફિલ્મ સ્તર પરંપરાગત CVD કરતા સંપૂર્ણપણે અલગ છે. PECVD દ્વારા ઉત્પાદિત તબક્કા રચના બિન-સંતુલન અનન્ય હોઈ શકે છે, અને તેની રચના હવે સંતુલન ગતિશાસ્ત્ર દ્વારા મર્યાદિત નથી. સૌથી લાક્ષણિક ફિલ્મ સ્તર આકારહીન સ્થિતિ છે.

PECVD સુવિધાઓ
(1) નીચા નિક્ષેપન તાપમાન.
(2) પટલ/આધાર સામગ્રીના રેખીય વિસ્તરણ ગુણાંકના મેળ ખાતી ન હોવાથી આંતરિક તાણ ઓછો કરો.
(3) ડિપોઝિશન રેટ પ્રમાણમાં ઊંચો છે, ખાસ કરીને નીચા તાપમાને ડિપોઝિશન, જે આકારહીન અને માઇક્રોક્રિસ્ટલાઇન ફિલ્મો મેળવવા માટે અનુકૂળ છે.

PECVD ની નીચી તાપમાન પ્રક્રિયાને કારણે, થર્મલ નુકસાન ઘટાડી શકાય છે, ફિલ્મ સ્તર અને સબસ્ટ્રેટ સામગ્રી વચ્ચે પરસ્પર પ્રસરણ અને પ્રતિક્રિયા ઘટાડી શકાય છે, વગેરે, જેથી ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો બનાવવામાં આવે તે પહેલાં અથવા ફરીથી કામ કરવાની જરૂરિયાતને કારણે બંનેને કોટ કરી શકાય. અલ્ટ્રા-લાર્જ સ્કેલ ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ (VLSI, ULSI) ના ઉત્પાદન માટે, PECVD ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ અલ ઇલેક્ટ્રોડ વાયરિંગની રચના પછી અંતિમ રક્ષણાત્મક ફિલ્મ તરીકે સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ ફિલ્મ (SiN) ની રચના માટે, તેમજ ફ્લેટનેસ અને ઇન્ટરલેયર ઇન્સ્યુલેશન તરીકે સિલિકોન ઓક્સાઇડ ફિલ્મની રચના માટે સફળતાપૂર્વક કરવામાં આવે છે. પાતળા-ફિલ્મ ઉપકરણો તરીકે, PECVD ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ LCD ડિસ્પ્લે વગેરે માટે પાતળા-ફિલ્મ ટ્રાન્ઝિસ્ટર (TFTs) ના ઉત્પાદન માટે પણ સફળતાપૂર્વક કરવામાં આવ્યો છે, જેમાં સક્રિય મેટ્રિક્સ પદ્ધતિમાં કાચનો સબસ્ટ્રેટ તરીકે ઉપયોગ થાય છે. મોટા પાયે અને ઉચ્ચ એકીકરણ માટે સંકલિત સર્કિટના વિકાસ અને કમ્પાઉન્ડ સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણોના વ્યાપક ઉપયોગ સાથે, PECVD નીચા તાપમાન અને ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જા પ્રક્રિયાઓ પર કરવાની જરૂર છે. આ જરૂરિયાતને પૂર્ણ કરવા માટે, ઓછી તાપમાને ઉચ્ચ સપાટતા ફિલ્મોનું સંશ્લેષણ કરી શકે તેવી તકનીકો વિકસાવવાની છે. ECR પ્લાઝ્મા અને હેલિકલ પ્લાઝ્મા સાથે નવી પ્લાઝ્મા કેમિકલ વેપર ડિપોઝિશન (PCVD) ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને SiN અને SiOx ફિલ્મોનો વ્યાપક અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે, અને મોટા પાયે ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ વગેરે માટે ઇન્ટરલેયર ઇન્સ્યુલેશન ફિલ્મોના ઉપયોગમાં વ્યવહારુ સ્તરે પહોંચી ગયા છે.