პლაზმურად გაძლიერებული ქიმიური ორთქლის დეპონირება

პლაზმის თვისებები
პლაზმურით გაძლიერებული ქიმიური ორთქლის დეპონირებისას პლაზმის ბუნება იმაში მდგომარეობს, რომ ის ეყრდნობა პლაზმაში არსებული ელექტრონების კინეტიკურ ენერგიას, რათა გაააქტიუროს ქიმიური რეაქციები აირისებრ ფაზაში. რადგან პლაზმა წარმოადგენს იონების, ელექტრონების, ნეიტრალური ატომებისა და მოლეკულების ერთობლიობას, ის ელექტრულად ნეიტრალურია მაკროსკოპულ დონეზე. პლაზმაში, დიდი რაოდენობით ენერგია ინახება პლაზმის შინაგან ენერგიაში. პლაზმა თავდაპირველად იყოფა ცხელ და ცივ პლაზმად. PECVD სისტემაში ეს არის ცივი პლაზმა, რომელიც წარმოიქმნება დაბალი წნევის აირის განმუხტვით. ეს პლაზმა, რომელიც წარმოიქმნება რამდენიმე ასეული პა-ზე დაბალი წნევის განმუხტვით, არის არათანაბარი აირისებრი პლაზმა.
ამ პლაზმის ბუნება შემდეგია:
(1) ელექტრონებისა და იონების არარეგულარული თერმული მოძრაობა აღემატება მათ მიმართულ მოძრაობას.
(2) მისი იონიზაციის პროცესი ძირითადად გამოწვეულია სწრაფი ელექტრონების აირის მოლეკულებთან შეჯახებით.
(3) ელექტრონების საშუალო თერმული მოძრაობის ენერგია 1-დან 2 რიგითობით მეტია მძიმე ნაწილაკების, როგორიცაა მოლეკულები, ატომები, იონები და თავისუფალი რადიკალები, ენერგიაზე.
(4) ელექტრონებისა და მძიმე ნაწილაკების შეჯახების შემდეგ ენერგიის დანაკარგის კომპენსირება შესაძლებელია შეჯახებებს შორის ელექტრული ველით.
დაბალი ტემპერატურის არათანაბარი პლაზმის დახასიათება პარამეტრების მცირე რაოდენობით რთულია, რადგან ის წარმოადგენს დაბალი ტემპერატურის არათანაბარი პლაზმას PECVD სისტემაში, სადაც ელექტრონის ტემპერატურა Te არ ემთხვევა მძიმე ნაწილაკების ტემპერატურას Tj. PECVD ტექნოლოგიაში პლაზმის ძირითადი ფუნქციაა ქიმიურად აქტიური იონებისა და თავისუფალი რადიკალების წარმოქმნა. ეს იონები და თავისუფალი რადიკალები რეაგირებენ სხვა იონებთან, ატომებთან და მოლეკულებთან აირისებრ ფაზაში ან იწვევენ ბადის დაზიანებას და ქიმიურ რეაქციებს სუბსტრატის ზედაპირზე, ხოლო აქტიური მასალის გამოსავლიანობა დამოკიდებულია ელექტრონების სიმკვრივეზე, რეაქტანტის კონცენტრაციასა და გამოსავლიანობის კოეფიციენტზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, აქტიური მასალის გამოსავლიანობა დამოკიდებულია ელექტრული ველის სიძლიერეზე, აირის წნევაზე და ნაწილაკების საშუალო თავისუფალ დიაპაზონზე შეჯახების დროს. რადგან პლაზმაში რეაქტანტი აირი დისოცირდება მაღალი ენერგიის ელექტრონების შეჯახების გამო, შესაძლებელია ქიმიური რეაქციის აქტივაციის ბარიერის გადალახვა და რეაქტანტი აირის ტემპერატურის შემცირება. PECVD-სა და ჩვეულებრივ CVD-ს შორის მთავარი განსხვავება ისაა, რომ ქიმიური რეაქციის თერმოდინამიკური პრინციპები განსხვავებულია. პლაზმაში გაზის მოლეკულების დისოციაცია არასელექციურია, ამიტომ PECVD-ის მიერ დალექილი აპკის ფენა სრულიად განსხვავდება ჩვეულებრივი CVD-ისგან. PECVD-ის მიერ წარმოქმნილი ფაზური შემადგენლობა შესაძლოა არათანაბარი მდგომარეობისთვის უნიკალური იყოს და მისი ფორმირება აღარ შემოიფარგლება წონასწორობის კინეტიკით. ყველაზე ტიპიური აპკის ფენა ამორფული მდგომარეობაა.

PECVD-ის მახასიათებლები
(1) დაბალი დალექვის ტემპერატურა.
(2) მემბრანის/ბაზის მასალის ხაზოვანი გაფართოების კოეფიციენტის შეუსაბამობით გამოწვეული შინაგანი დაძაბულობის შემცირება.
(3) დალექვის სიჩქარე შედარებით მაღალია, განსაკუთრებით დაბალ ტემპერატურაზე დალექვისას, რაც ხელს უწყობს ამორფული და მიკროკრისტალური აპკების მიღებას.

PECVD-ის დაბალტემპერატურული პროცესის გამო, შესაძლებელია თერმული დაზიანების შემცირება, ფირის ფენასა და სუბსტრატის მასალას შორის ურთიერთდიფუზიისა და რეაქციის შემცირება და ა.შ., ისე, რომ ელექტრონული კომპონენტების დაფარვა შესაძლებელია როგორც დამზადებამდე, ასევე ხელახალი დამუშავების საჭიროების გამო. ულტრამასშტაბიანი ინტეგრირებული სქემების (VLSI, ULSI) წარმოებისთვის, PECVD ტექნოლოგია წარმატებით გამოიყენება სილიციუმის ნიტრიდის ფირის (SiN) ფორმირებისთვის, როგორც საბოლოო დამცავი ფირის, Al ელექტროდის გაყვანილობის ფორმირების შემდეგ, ასევე გაბრტყელებისა და სილიციუმის ოქსიდის ფირის ფორმირებისთვის, როგორც შუალედური იზოლაციისთვის. თხელი ფირის მოწყობილობების სახით, PECVD ტექნოლოგია ასევე წარმატებით გამოიყენება LCD დისპლეებისთვის და ა.შ. თხელი ფირის ტრანზისტორების (TFT) წარმოებაში, აქტიური მატრიცის მეთოდით მინის, როგორც სუბსტრატის გამოყენებით. უფრო დიდი მასშტაბის და მაღალი ინტეგრაციის ინტეგრირებული სქემების განვითარებით და რთული ნახევარგამტარული მოწყობილობების ფართოდ გამოყენებით, PECVD უნდა შესრულდეს დაბალ ტემპერატურაზე და მაღალი ელექტრონული ენერგიის პროცესებში. ამ მოთხოვნის დასაკმაყოფილებლად, უნდა შემუშავდეს ტექნოლოგიები, რომლებსაც შეუძლიათ უფრო მაღალი სიბრტყის ფირების სინთეზირება დაბალ ტემპერატურაზე. SiN და SiOx ფირები ფართოდ იქნა შესწავლილი ECR პლაზმის და სპირალური პლაზმურით ახალი პლაზმური ქიმიური ორთქლის დეპონირების (PCVD) ტექნოლოგიის გამოყენებით და მიაღწიეს პრაქტიკულ დონეს უფრო მასშტაბური ინტეგრირებული სქემებისთვის და ა.შ. შუალედური იზოლაციის ფირების გამოყენებისას.