שקיעת אדים כימית משופרת בפלזמה

תכונות פלזמה
טבעה של הפלזמה בשקיעת אדים כימית משופרת בפלזמה הוא שהיא מסתמכת על האנרגיה הקינטית של האלקטרונים בפלזמה כדי להפעיל את התגובות הכימיות בשלב הגז. מכיוון שפלזמה היא אוסף של יונים, אלקטרונים, אטומים ניטרליים ומולקולות, היא ניטרלית חשמלית ברמה המקרוסקופית. בפלזמה, כמות גדולה של אנרגיה מאוחסנת באנרגיה הפנימית של הפלזמה. הפלזמה מחולקת במקור לפלזמה חמה ופלזמה קרה. במערכת PECVD זוהי פלזמה קרה שנוצרת על ידי פריקת גז בלחץ נמוך. פלזמה זו המופקת על ידי פריקה בלחץ נמוך מתחת לכמה מאות פאסל היא פלזמה גזית שאינה בשיווי משקל.
אופי הפלזמה הזו הוא כדלקמן:
(1) תנועה תרמית לא סדירה של אלקטרונים ויונים עולה על תנועתם המכוונת.
(2) תהליך היינון שלו נגרם בעיקר על ידי התנגשות של אלקטרונים מהירים עם מולקולות גז.
(3) אנרגיית התנועה התרמית הממוצעת של אלקטרונים גבוהה בסדר גודל אחד עד שניים מזו של חלקיקים כבדים, כגון מולקולות, אטומים, יונים ורדיקלים חופשיים.
(4) ניתן לפצות על אובדן האנרגיה לאחר התנגשות של אלקטרונים וחלקיקים כבדים באמצעות השדה החשמלי בין ההתנגשויות.
קשה לאפיין פלזמה לא שיווי משקל בטמפרטורה נמוכה עם מספר קטן של פרמטרים, מכיוון שמדובר בפלזמה לא שיווי משקל בטמפרטורה נמוכה במערכת PECVD, שבה טמפרטורת האלקטרונים Te אינה זהה לטמפרטורה Tj של החלקיקים הכבדים. בטכנולוגיית PECVD, התפקיד העיקרי של הפלזמה הוא לייצר יונים פעילים כימית ורדיקלים חופשיים. יונים ורדיקלים חופשיים אלה מגיבים עם יונים, אטומים ומולקולות אחרים בשלב הגז או גורמים נזק לסריג ולתגובות כימיות על פני המצע, ותשואת החומר הפעיל היא פונקציה של צפיפות האלקטרונים, ריכוז המגיב ומקדם התשואה. במילים אחרות, תשואת החומר הפעיל תלויה בעוצמת השדה החשמלי, בלחץ הגז ובטווח החופשי הממוצע של החלקיקים בזמן ההתנגשות. כאשר גז המגיב בפלזמה מתפרק עקב התנגשות של אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה, ניתן להתגבר על מחסום ההפעלה של התגובה הכימית ולהפחית את טמפרטורת גז המגיב. ההבדל העיקרי בין PECVD ל-CVD קונבנציונלי הוא שהעקרונות התרמודינמיים של התגובה הכימית שונים. הדיסוציאציה של מולקולות גז בפלזמה אינה סלקטיבית, ולכן שכבת הסרט המופקדת על ידי PECVD שונה לחלוטין מ-CVD קונבנציונלי. הרכב הפאזה המיוצר על ידי PECVD עשוי להיות ייחודי לא-שיווי משקל, והיווצרותה אינה מוגבלת עוד על ידי קינטיקה של שיווי משקל. שכבת הסרט האופיינית ביותר היא במצב אמורפי.

תכונות PECVD
(1) טמפרטורת שיקוע נמוכה.
(2) הפחתת הלחץ הפנימי הנגרם עקב חוסר התאמה בין מקדם ההתפשטות הליניארית של הממברנה/חומר הבסיס.
(3) קצב השיקוע גבוה יחסית, במיוחד שיקוע בטמפרטורה נמוכה, דבר המסייע להשגת שכבות אמורפיות ומיקרו-גבישיות.

בשל תהליך הטמפרטורה הנמוכה של PECVD, ניתן להפחית נזק תרמי, להפחית דיפוזיה הדדית ותגובה בין שכבת הסרט לחומר המצע וכו', כך שניתן לצפות רכיבים אלקטרוניים הן לפני ייצורם והן עקב הצורך בעיבוד חוזר. לייצור מעגלים משולבים בקנה מידה גדול במיוחד (VLSI, ULSI), טכנולוגיית PECVD מיושמת בהצלחה לייצור סרט סיליקון ניטריד (SiN) כסרט המגן הסופי לאחר היווצרות חיווט אלקטרודת אלומיניום, כמו גם להשטחה ויצירת סרט סיליקון תחמוצת כבידוד בין-שכבתי. כהתקני סרט דק, טכנולוגיית PECVD יושמה בהצלחה גם לייצור טרנזיסטורים סרט דק (TFT) עבור צגי LCD וכו', תוך שימוש בזכוכית כמצע בשיטת המטריצה ​​הפעילה. עם פיתוח מעגלים משולבים בקנה מידה גדול יותר ואינטגרציה גבוהה יותר והשימוש הנרחב בהתקני מוליכים למחצה מורכבים, נדרש לבצע PECVD בתהליכים של טמפרטורה נמוכה יותר ואנרגיית אלקטרונים גבוהה יותר. כדי לעמוד בדרישה זו, יש לפתח טכנולוגיות שיכולות לסנתז סרטים שטוחים יותר בטמפרטורות נמוכות יותר. סרטי SiN ו-SiOx נחקרו בהרחבה באמצעות פלזמת ECR וטכנולוגיית PCVD חדשה (פלזמה כימית) עם פלזמה סלילית, והגיעו לרמה מעשית בשימוש בסרטי בידוד בין-שכבתיים עבור מעגלים משולבים בקנה מידה גדול יותר וכו'.