Плазма қасиеттері
Плазмамен күшейтілген химиялық бу тұндырудағы плазманың табиғаты - газ фазасындағы химиялық реакцияларды белсендіру үшін плазмадағы электрондардың кинетикалық энергиясына сүйенеді. Плазма иондардың, электрондардың, бейтарап атомдар мен молекулалардың жиынтығы болғандықтан, ол макроскопиялық деңгейде электрлік бейтарап. Плазмада плазманың ішкі энергиясында көп мөлшерде энергия сақталады. Плазма бастапқыда ыстық плазма және суық плазма болып бөлінеді. PECVD жүйесінде бұл төмен қысымды газ разряды арқылы пайда болатын суық плазма. Бірнеше жүз Па-дан төмен төмен қысымды разрядпен пайда болатын бұл плазма тепе-теңдіксіз газ плазмасы болып табылады.
Бұл плазманың табиғаты келесідей:
(1) Электрондар мен иондардың ретсіз жылулық қозғалысы олардың бағытталған қозғалысынан асып түседі.
(2) Оның иондану процесі негізінен жылдам электрондардың газ молекулаларымен соқтығысуынан болады.
(3) Электрондардың орташа жылулық қозғалыс энергиясы молекулалар, атомдар, иондар және бос радикалдар сияқты ауыр бөлшектердікінен 1-2 есе жоғары.
(4) Электрондар мен ауыр бөлшектердің соқтығысуынан кейінгі энергия шығынын соқтығысулар арасындағы электр өрісінен өтеуге болады.
Төмен температуралы тепе-теңдіксіз плазманы параметрлері аз болғандықтан сипаттау қиын, себебі ол PECVD жүйесіндегі төмен температуралы тепе-теңдіксіз плазма болып табылады, мұнда электрон температурасы Te ауыр бөлшектердің температурасы Tj-мен бірдей емес. PECVD технологиясында плазманың негізгі функциясы химиялық белсенді иондар мен бос радикалдарды өндіру болып табылады. Бұл иондар мен бос радикалдар газ фазасында басқа иондармен, атомдармен және молекулалармен әрекеттеседі немесе тордың зақымдалуын және субстрат бетінде химиялық реакцияларды тудырады, ал белсенді материалдың шығымы электрон тығыздығының, реактив концентрациясының және шығым коэффициентінің функциясы болып табылады. Басқаша айтқанда, белсенді материалдың шығымы электр өрісінің кернеулігіне, газ қысымына және соқтығысу кезіндегі бөлшектердің орташа еркін диапазонына байланысты. Плазмадағы реактив газы жоғары энергиялы электрондардың соқтығысуына байланысты диссоциацияланғандықтан, химиялық реакцияның активациялық кедергісін жеңуге және реактив газының температурасын төмендетуге болады. PECVD мен дәстүрлі CVD арасындағы негізгі айырмашылық - химиялық реакцияның термодинамикалық принциптерінің әртүрлі болуы. Плазмадағы газ молекулаларының диссоциациясы селективті емес, сондықтан PECVD тұндыратын қабықша қабаты дәстүрлі CVD-ден мүлдем өзгеше. PECVD шығаратын фазалық құрам тепе-теңдікке тән емес болуы мүмкін және оның түзілуі енді тепе-теңдік кинетикасымен шектелмейді. Ең типтік қабықша қабаты аморфты күй болып табылады.
PECVD мүмкіндіктері
(1) Төмен тұндыру температурасы.
(2) Мембрананың/негізгі материалдың сызықтық кеңею коэффициентінің сәйкессіздігінен туындаған ішкі кернеуді азайтыңыз.
(3) Тұндыру жылдамдығы салыстырмалы түрде жоғары, әсіресе төмен температурада тұндыру, бұл аморфты және микрокристалды қабықшаларды алуға қолайлы.
PECVD-нің төмен температуралық процесінің арқасында термиялық зақымдануды азайтуға, пленка қабаты мен субстрат материалы арасындағы өзара диффузия мен реакцияны азайтуға болады және т.б., осылайша электрондық компоненттерді олар жасалғанға дейін де, қайта өңдеу қажеттілігіне байланысты да жабуға болады. Өте үлкен масштабты интегралды схемаларды (VLSI, ULSI) өндіру үшін PECVD технологиясы Al электрод сымдарының пайда болуынан кейін соңғы қорғаныс пленкасы ретінде кремний нитриді пленкасын (SiN) қалыптастыруға, сондай-ақ қабатаралық оқшаулағыш ретінде кремний оксиді пленкасын тегістеуге және қалыптастыруға сәтті қолданылуда. Жұқа пленкалы құрылғылар ретінде PECVD технологиясы белсенді матрица әдісінде субстрат ретінде әйнекті пайдалана отырып, LCD дисплейлерге арналған жұқа пленкалы транзисторларды (TFT) өндіруге де сәтті қолданылды. Интегралды схемалардың үлкен масштабта және жоғары интеграцияға дамуымен және құрама жартылай өткізгіш құрылғылардың кеңінен қолданылуымен PECVD төменгі температурада және жоғары электрон энергиясы процестерінде орындалуы қажет. Бұл талапты қанағаттандыру үшін төменгі температурада жоғары жазықтық пленкаларын синтездей алатын технологиялар әзірленуі керек. SiN және SiOx қабықшалары ECR плазмасын және спиральды плазмасы бар жаңа плазмалық химиялық бу тұндыру (PCVD) технологиясын қолдана отырып кеңінен зерттелді және үлкен масштабты интегралды микросхемалар үшін қабатаралық оқшаулағыш қабықшаларды қолдануда практикалық деңгейге жетті.
Жарияланған уақыты: 2022 жылғы 8 қараша