Deposisi uap kimia yang ditingkatkan plasma

Sifat-sifat plasma
Sifat plasma dalam deposisi uap kimia yang ditingkatkan plasma (PECVD) adalah bergantung pada energi kinetik elektron dalam plasma untuk mengaktifkan reaksi kimia dalam fase gas. Karena plasma merupakan kumpulan ion, elektron, atom netral, dan molekul, maka plasma bersifat netral secara elektrik pada tingkat makroskopis. Dalam plasma, sejumlah besar energi tersimpan dalam energi internal plasma. Plasma pada awalnya dibagi menjadi plasma panas dan plasma dingin. Dalam sistem PECVD, plasma dingin terbentuk akibat pelepasan gas bertekanan rendah. Plasma yang dihasilkan oleh pelepasan bertekanan rendah di bawah beberapa ratus Pa ini adalah plasma gas non-ekuilibrium.
Sifat plasma ini adalah sebagai berikut:
(1)Gerakan termal tidak beraturan elektron dan ion melebihi gerakan terarahnya.
(2) Proses ionisasinya terutama disebabkan oleh tumbukan elektron cepat dengan molekul gas.
(3) Energi gerak termal rata-rata elektron adalah 1 hingga 2 orde besaran lebih tinggi daripada partikel berat, seperti molekul, atom, ion dan radikal bebas.
(4) Kehilangan energi setelah tumbukan elektron dan partikel berat dapat dikompensasi dari medan listrik di antara tumbukan.
Sulit untuk mengkarakterisasi plasma non-ekuilibrium suhu rendah dengan sejumlah kecil parameter, karena ini adalah plasma non-ekuilibrium suhu rendah dalam sistem PECVD, di mana suhu elektron Te tidak sama dengan suhu Tj partikel berat. Dalam teknologi PECVD, fungsi utama plasma adalah untuk menghasilkan ion dan radikal bebas yang aktif secara kimia. Ion dan radikal bebas ini bereaksi dengan ion, atom, dan molekul lain dalam fase gas atau menyebabkan kerusakan kisi dan reaksi kimia pada permukaan substrat, dan hasil material aktif merupakan fungsi dari kerapatan elektron, konsentrasi reaktan, dan koefisien hasil. Dengan kata lain, hasil material aktif bergantung pada kekuatan medan listrik, tekanan gas, dan jangkauan bebas rata-rata partikel pada saat tumbukan. Saat gas reaktan dalam plasma terdisosiasi karena tumbukan elektron berenergi tinggi, penghalang aktivasi reaksi kimia dapat diatasi dan suhu gas reaktan dapat diturunkan. Perbedaan utama antara PECVD dan CVD konvensional terletak pada prinsip termodinamika reaksi kimianya. Disosiasi molekul gas dalam plasma bersifat non-selektif, sehingga lapisan film yang diendapkan oleh PECVD sangat berbeda dari CVD konvensional. Komposisi fasa yang dihasilkan oleh PECVD mungkin unik dan tidak seimbang, dan pembentukannya tidak lagi dibatasi oleh kinetika kesetimbangan. Lapisan film yang paling umum adalah dalam keadaan amorf.

Fitur PECVD
(1) Suhu pengendapan rendah.
(2) Mengurangi tegangan internal yang disebabkan oleh ketidaksesuaian koefisien ekspansi linier membran/bahan dasar.
(3) Tingkat pengendapan relatif tinggi, terutama pengendapan suhu rendah, yang kondusif untuk mendapatkan film amorf dan mikrokristalin.

Karena proses PECVD pada suhu rendah, kerusakan termal dapat dikurangi, difusi dan reaksi timbal balik antara lapisan film dan material substrat dapat dikurangi, dan sebagainya, sehingga komponen elektronik dapat dilapisi baik sebelum dibuat atau karena kebutuhan pengerjaan ulang. Untuk pembuatan sirkuit terpadu skala ultra besar (VLSI, ULSI), teknologi PECVD berhasil diterapkan pada pembentukan film silikon nitrida (SiN) sebagai film pelindung akhir setelah pembentukan kawat elektroda Al, serta perataan dan pembentukan film silikon oksida sebagai isolasi antar lapisan. Sebagai perangkat film tipis, teknologi PECVD juga telah berhasil diterapkan pada pembuatan transistor film tipis (TFT) untuk layar LCD, dan sebagainya, menggunakan kaca sebagai substrat dalam metode matriks aktif. Dengan perkembangan sirkuit terpadu ke skala yang lebih besar dan integrasi yang lebih tinggi serta penggunaan luas perangkat semikonduktor majemuk, PECVD perlu dilakukan pada suhu yang lebih rendah dan proses energi elektron yang lebih tinggi. Untuk memenuhi persyaratan ini, teknologi yang dapat mensintesis film dengan kerataan lebih tinggi pada suhu yang lebih rendah perlu dikembangkan. Film SiN dan SiOx telah dipelajari secara ekstensif menggunakan plasma ECR dan teknologi deposisi uap kimia plasma (PCVD) baru dengan plasma heliks, dan telah mencapai tingkat praktis dalam penggunaan film isolasi antar lapisan untuk sirkuit terpadu skala besar, dll.