Proprietà del plasma
La natura del plasma nella deposizione chimica da vapore (PCVD) potenziata dal plasma è quella di basarsi sull'energia cinetica degli elettroni presenti nel plasma per attivare le reazioni chimiche in fase gassosa. Poiché il plasma è un insieme di ioni, elettroni, atomi neutri e molecole, è elettricamente neutro a livello macroscopico. In un plasma, una grande quantità di energia è immagazzinata nell'energia interna del plasma. Il plasma è originariamente suddiviso in plasma caldo e plasma freddo. Nel sistema PECVD, il plasma freddo si forma tramite una scarica di gas a bassa pressione. Questo plasma, prodotto da una scarica a bassa pressione inferiore a poche centinaia di Pa, è un plasma gassoso in non equilibrio.
La natura di questo plasma è la seguente:
(1)Il moto termico irregolare degli elettroni e degli ioni supera il loro moto diretto.
(2) Il suo processo di ionizzazione è causato principalmente dalla collisione di elettroni veloci con le molecole di gas.
(3) L'energia media del moto termico degli elettroni è da 1 a 2 ordini di grandezza superiore a quella delle particelle pesanti, come molecole, atomi, ioni e radicali liberi.
(4) La perdita di energia dopo la collisione di elettroni e particelle pesanti può essere compensata dal campo elettrico tra le collisioni.
È difficile caratterizzare un plasma di non equilibrio a bassa temperatura con un numero limitato di parametri, poiché si tratta di un plasma di non equilibrio a bassa temperatura in un sistema PECVD, dove la temperatura degli elettroni Te non è uguale alla temperatura Tj delle particelle pesanti. Nella tecnologia PECVD, la funzione principale del plasma è quella di produrre ioni e radicali liberi chimicamente attivi. Questi ioni e radicali liberi reagiscono con altri ioni, atomi e molecole in fase gassosa o causano danni al reticolo e reazioni chimiche sulla superficie del substrato, e la resa di materiale attivo è funzione della densità elettronica, della concentrazione dei reagenti e del coefficiente di resa. In altre parole, la resa di materiale attivo dipende dall'intensità del campo elettrico, dalla pressione del gas e dal raggio d'azione libero medio delle particelle al momento della collisione. Poiché il gas reagente nel plasma si dissocia a causa della collisione di elettroni ad alta energia, la barriera di attivazione della reazione chimica può essere superata e la temperatura del gas reagente può essere ridotta. La principale differenza tra la PECVD e la CVD convenzionale è che i principi termodinamici della reazione chimica sono diversi. La dissociazione delle molecole di gas nel plasma non è selettiva, quindi lo strato di film depositato dalla PECVD è completamente diverso da quello della CVD convenzionale. La composizione di fase prodotta dalla PECVD può essere unica al non equilibrio e la sua formazione non è più limitata dalla cinetica di equilibrio. Lo strato di film più tipico è quello allo stato amorfo.
Caratteristiche PECVD
(1) Bassa temperatura di deposizione.
(2) Ridurre lo stress interno causato dalla mancata corrispondenza del coefficiente di espansione lineare del materiale membrana/base.
(3) La velocità di deposizione è relativamente elevata, in particolare la deposizione a bassa temperatura, che favorisce l'ottenimento di film amorfi e microcristallini.
Grazie al processo a bassa temperatura della PECVD, è possibile ridurre i danni termici, la diffusione reciproca e la reazione tra lo strato del film e il materiale del substrato, ecc., in modo che i componenti elettronici possano essere rivestiti sia prima della produzione che in caso di necessità di rilavorazione. Per la produzione di circuiti integrati di grandissima scala (VLSI, ULSI), la tecnologia PECVD viene applicata con successo alla formazione di un film di nitruro di silicio (SiN) come film protettivo finale dopo la formazione del cablaggio degli elettrodi in Al, nonché all'appiattimento e alla formazione di un film di ossido di silicio come isolante interstrato. Come per i dispositivi a film sottile, la tecnologia PECVD è stata applicata con successo anche alla produzione di transistor a film sottile (TFT) per display LCD, ecc., utilizzando il vetro come substrato nel metodo a matrice attiva. Con lo sviluppo di circuiti integrati su larga scala e una maggiore integrazione e l'ampio utilizzo di dispositivi semiconduttori composti, la PECVD deve essere eseguita a temperature più basse e con processi a più alta energia elettronica. Per soddisfare questo requisito, è necessario sviluppare tecnologie in grado di sintetizzare film con maggiore planarità a temperature più basse. I film di SiN e SiOx sono stati ampiamente studiati utilizzando il plasma ECR e una nuova tecnologia di deposizione chimica da vapore al plasma (PCVD) con plasma elicoidale, e hanno raggiunto un livello pratico nell'uso di film isolanti interstrato per circuiti integrati di grandi dimensioni, ecc.
Data di pubblicazione: 08-11-2022