Պլազմային ուժեղացված քիմիական գոլորշիների նստեցում

Պլազմայի հատկությունները
Պլազմայով ուժեղացված քիմիական գոլորշիների նստեցման մեջ պլազմայի բնույթն այն է, որ այն հենվում է պլազմայի էլեկտրոնների կինետիկ էներգիայի վրա՝ գազային փուլում քիմիական ռեակցիաները ակտիվացնելու համար: Քանի որ պլազման իոնների, էլեկտրոնների, չեզոք ատոմների և մոլեկուլների հավաքածու է, այն էլեկտրականորեն չեզոք է մակրոսկոպիկ մակարդակում: Պլազմայում մեծ քանակությամբ էներգիա է պահվում պլազմայի ներքին էներգիայի մեջ: Պլազման սկզբնապես բաժանվում է տաք և սառը պլազմայի: PECVD համակարգում դա սառը պլազմա է, որը ձևավորվում է ցածր ճնշման գազի արտանետմամբ: Մի քանի հարյուր Պա-ից ցածր ցածր ճնշման արտանետմամբ առաջացած այս պլազման ոչ հավասարակշռված գազային պլազմա է:
Այս պլազմայի բնույթը հետևյալն է.
(1) Էլեկտրոնների և իոնների անկանոն ջերմային շարժումը գերազանցում է դրանց ուղղված շարժումը։
(2) Դրա իոնացման գործընթացը հիմնականում պայմանավորված է արագ էլեկտրոնների և գազի մոլեկուլների բախմամբ։
(3) Էլեկտրոնների միջին ջերմային շարժման էներգիան 1-ից 2 կարգով մեծ է ծանր մասնիկների, ինչպիսիք են մոլեկուլները, ատոմները, իոնները և ազատ ռադիկալները, էներգիայից։
(4) Էլեկտրոնների և ծանր մասնիկների բախումից հետո էներգիայի կորուստը կարող է փոխհատուցվել բախումների միջև ընկած էլեկտրական դաշտով։
Դժվար է բնութագրել ցածր ջերմաստիճանի ոչ հավասարակշռված պլազման փոքր թվով պարամետրերով, քանի որ այն ցածր ջերմաստիճանի ոչ հավասարակշռված պլազմա է PECVD համակարգում, որտեղ էլեկտրոնի ջերմաստիճանը Te նույնը չէ, ինչ ծանր մասնիկների Tj ջերմաստիճանը: PECVD տեխնոլոգիայում պլազմայի հիմնական գործառույթը քիմիապես ակտիվ իոնների և ազատ ռադիկալների արտադրությունն է: Այս իոններն ու ազատ ռադիկալները գազային փուլում փոխազդում են այլ իոնների, ատոմների և մոլեկուլների հետ կամ առաջացնում են ցանցի վնասում և քիմիական ռեակցիաներ հիմքի մակերեսին, և ակտիվ նյութի ելքը կախված է էլեկտրոնների խտությունից, ռեակտիվի կոնցենտրացիայից և ելքի գործակցից: Այլ կերպ ասած, ակտիվ նյութի ելքը կախված է էլեկտրական դաշտի ուժգնությունից, գազի ճնշումից և մասնիկների միջին ազատ տիրույթից բախման պահին: Քանի որ պլազմայում ռեակտիվ գազը դիսոցացվում է բարձր էներգիայի էլեկտրոնների բախման պատճառով, քիմիական ռեակցիայի ակտիվացման արգելքը կարող է հաղթահարվել, և ռեակտիվ գազի ջերմաստիճանը կարող է նվազել: PECVD-ի և ավանդական CVD-ի միջև հիմնական տարբերությունն այն է, որ քիմիական ռեակցիայի թերմոդինամիկ սկզբունքները տարբեր են: Պլազմայում գազի մոլեկուլների դիսոցացիան ոչ ընտրողական է, ուստի PECVD-ի կողմից նստեցված թաղանթային շերտը լիովին տարբերվում է ավանդական CVD-ից: PECVD-ի կողմից առաջացած փուլային կազմը կարող է լինել ոչ հավասարակշռված եզակի, և դրա առաջացումը այլևս չի սահմանափակվում հավասարակշռության կինետիկայով: Առավել տիպիկ թաղանթային շերտը ամորֆ վիճակն է:

PECVD-ի առանձնահատկությունները
(1) Ցածր նստեցման ջերմաստիճան։
(2) Նվազեցնել թաղանթի/հիմքի նյութի գծային ընդարձակման գործակցի անհամապատասխանության պատճառով առաջացած ներքին լարվածությունը։
(3) Նստեցման արագությունը համեմատաբար բարձր է, հատկապես ցածր ջերմաստիճանում նստեցումը, ինչը նպաստում է ամորֆ և միկրոբյուրեղային թաղանթներ ստանալուն։

PECVD-ի ցածր ջերմաստիճանային գործընթացի շնորհիվ կարելի է նվազեցնել ջերմային վնասը, թաղանթային շերտի և հիմքի նյութի միջև փոխադարձ դիֆուզիան և ռեակցիան և այլն, որպեսզի էլեկտրոնային բաղադրիչները կարողանան պատվել ինչպես դրանց արտադրությունից առաջ, այնպես էլ վերամշակման անհրաժեշտության պատճառով: Գերմեծ մասշտաբի ինտեգրալ սխեմաների (VLSI, ULSI) արտադրության համար PECVD տեխնոլոգիան հաջողությամբ կիրառվում է սիլիցիումի նիտրիդային թաղանթի (SiN) ձևավորման համար՝ որպես վերջնական պաշտպանիչ թաղանթ Al էլեկտրոդային լարերի ձևավորումից հետո, ինչպես նաև հարթեցման և սիլիցիումի օքսիդային թաղանթի ձևավորման համար՝ որպես միջշերտային մեկուսացում: Որպես բարակ թաղանթային սարքեր, PECVD տեխնոլոգիան հաջողությամբ կիրառվել է նաև LCD էկրանների և այլնի համար բարակ թաղանթային տրանզիստորների (TFT) արտադրության համար՝ օգտագործելով ապակին որպես հիմք ակտիվ մատրիցային մեթոդով: Ավելի մեծ մասշտաբի և բարձր ինտեգրման ինտեգրալ սխեմաների զարգացման և բարդ կիսահաղորդչային սարքերի լայնորեն օգտագործման հետ մեկտեղ, PECVD-ն պետք է իրականացվի ցածր ջերմաստիճանում և ավելի բարձր էլեկտրոնային էներգիայի գործընթացներում: Այս պահանջը բավարարելու համար պետք է մշակվեն տեխնոլոգիաներ, որոնք կարող են սինթեզել ավելի բարձր հարթության թաղանթներ ցածր ջերմաստիճաններում: SiN և SiOx թաղանթները լայնորեն ուսումնասիրվել են ECR պլազմայի և պարուրաձև պլազմայով նոր պլազմային քիմիական գոլորշիների նստեցման (PCVD) տեխնոլոգիայի միջոցով և հասել են գործնական մակարդակի մեծ մասշտաբի ինտեգրալ սխեմաների և այլնի համար միջշերտային մեկուսիչ թաղանթների օգտագործման մեջ։