プラズマ強化化学蒸着

プラズマの特性
プラズマ強化化学蒸着法（PECVD）におけるプラズマの性質は、プラズマ中の電子の運動エネルギーを利用して気相中の化学反応を活性化することです。プラズマはイオン、電子、中性原子および分子の集合体であるため、マクロレベルでは電気的に中性です。プラズマでは、大量のエネルギーがプラズマの内部エネルギーに蓄えられています。プラズマは本来、高温プラズマと低温プラズマに分けられます。PECVDシステムでは、低圧ガス放電によって生成される低温プラズマが使用されます。数百Pa以下の低圧放電によって生成されるこのプラズマは、非平衡ガスプラズマです。
このプラズマの性質は次のとおりです。
(1)電子とイオンの不規則な熱運動がそれらの方向性のある運動を超える。
（２）その電離過程は主に高速電子とガス分子の衝突によって引き起こされる。
（３）電子の平均熱運動エネルギーは、分子、原子、イオン、フリーラジカルなどの重い粒子の熱運動エネルギーよりも1～2桁高い。
（４）電子と重粒子の衝突によるエネルギー損失は衝突間の電場によって補うことができる。
PECVDシステムにおける低温非平衡プラズマは、電子温度Teが重粒子の温度Tjと同じではないため、少数のパラメータで低温非平衡プラズマを特性評価することは困難です。PECVD技術において、プラズマの主な機能は化学的に活性なイオンとフリーラジカルを生成することです。これらのイオンとフリーラジカルは、気相中の他のイオン、原子、分子と反応したり、基板表面で格子損傷や化学反応を引き起こしたりします。活性物質の収率は、電子密度、反応物濃度、収率係数の関数です。言い換えれば、活性物質の収率は、電界強度、ガス圧力、および衝突時の粒子の平均自由範囲に依存します。プラズマ中の反応ガスは、高エネルギー電子の衝突により解離するため、化学反応の活性化障壁を克服し、反応ガスの温度を下げることができます。 PECVDと従来のCVDの主な違いは、化学反応の熱力学的原理が異なることです。プラズマ中のガス分子の解離は非選択的であるため、PECVDによって堆積される薄膜層は従来のCVDとは全く異なります。PECVDによって生成される相組成は非平衡であり、その形成はもはや平衡反応速度論によって制限されません。最も一般的な薄膜層はアモルファス状態です。

PECVDの特徴
（１）堆積温度が低い。
（２）膜材と基材の線膨張係数の不一致によって生じる内部応力を低減する。
（３）堆積速度が比較的速く、特に低温堆積であるため、非晶質膜や微結晶膜が得られやすい。

PECVDは低温プロセスであるため、熱ダメージの低減、膜層と基板材料間の相互拡散・反応の低減などが可能であり、電子部品の製造前やリワーク時にも成膜が可能です。超大規模集積回路（VLSI、ULSI）の製造においては、Al電極配線形成後の最終保護膜となるシリコン窒化膜（SiN）の形成、層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜の平坦化・形成などにPECVD技術が応用されています。薄膜デバイスにおいては、アクティブマトリクス方式においてガラスを基板とするLCDディスプレイ用薄膜トランジスタ（TFT）の製造などにもPECVD技術が応用されています。集積回路の大規模化・高集積化、化合物半導体デバイスの普及に伴い、PECVDはより低温・高電子エネルギープロセスでの処理が求められています。この要求に応えるため、より低温でより平坦性の高い膜を合成できる技術の開発が求められています。 SiN 膜および SiOx 膜は、ECR プラズマやらせん状プラズマを使用した新しいプラズマ化学気相成長 (PCVD) 技術を使用して広く研究されており、大規模集積回路などの層間絶縁膜として実用レベルに達しています。