플라즈마 강화 화학 기상 증착

플라즈마 특성
플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)에서 플라즈마의 특성은 플라즈마 내 전자의 운동 에너지에 의존하여 기체 상태에서 화학 반응을 활성화한다는 것입니다. 플라즈마는 이온, 전자, 중성 원자 및 분자의 집합체이므로 거시적으로는 전기적으로 중성입니다. 플라즈마에는 많은 양의 에너지가 플라즈마 내부 에너지에 저장됩니다. 플라즈마는 원래 고온 플라즈마와 저온 플라즈마로 나뉩니다. PECVD 시스템에서는 저온 플라즈마가 저압 가스 방전에 의해 형성됩니다. 수백 Pa 미만의 저압 방전에 의해 생성된 이 플라즈마는 비평형 가스 플라즈마입니다.
이 플라즈마의 특성은 다음과 같습니다.
(1) 전자와 이온의 불규칙적인 열 운동은 방향성 운동을 초과합니다.
(2) 이온화 과정은 주로 빠른 전자와 기체 분자의 충돌에 의해 발생합니다.
(3) 전자의 평균 열운동 에너지는 분자, 원자, 이온, 자유라디칼 등의 무거운 입자보다 1~2배 정도 더 높습니다.
(4) 전자와 무거운 입자의 충돌 후 손실되는 에너지는 충돌 사이의 전기장에서 보상될 수 있다.
PECVD 시스템에서 전자 온도 Te가 무거운 입자의 온도 Tj와 같지 않기 때문에 저온 비평형 플라즈마를 소수의 매개변수로 특성화하는 것은 어렵습니다.PECVD 기술에서 플라즈마의 주요 기능은 화학적으로 활성인 이온과 자유 라디칼을 생성하는 것입니다.이러한 이온과 자유 라디칼은 기체 상태에서 다른 이온, 원자 및 분자와 반응하거나 기판 표면에서 격자 손상 및 화학 반응을 일으키며 활물질의 수율은 전자 밀도, 반응물 농도 및 수율 계수의 함수입니다.즉, 활물질의 수율은 충돌 시 입자의 전기장 강도, 가스 압력 및 평균 자유 범위에 따라 달라집니다.플라즈마 내의 반응 가스가 고에너지 전자의 충돌로 인해 해리됨에 따라 화학 반응의 활성화 장벽을 극복하고 반응 가스의 온도를 낮출 수 있습니다. PECVD와 기존 CVD의 주요 차이점은 화학 반응의 열역학적 원리가 다르다는 것입니다. 플라즈마에서 기체 분자의 해리는 비선택적이므로 PECVD로 증착된 박막층은 기존 CVD와 완전히 다릅니다. PECVD로 생성된 상 조성은 비평형 고유성을 가질 수 있으며, 그 형성은 더 이상 평형 반응 속도론에 의해 제한되지 않습니다. 가장 일반적인 박막층은 비정질 상태입니다.

PECVD 특징
(1) 증착온도가 낮다.
(2) 막/기재의 선팽창계수 불일치로 인한 내부응력을 감소시킨다.
(3) 증착속도가 비교적 빠르며 특히 저온 증착이 용이하여 비정질 및 미세결정 박막을 얻는데 유리하다.

PECVD의 저온 공정 덕분에 열 손상을 줄이고, 박막층과 기판 재료 간의 상호 확산 및 반응을 줄일 수 있어 전자 부품을 제작 전이나 재작업 필요 시 모두 코팅할 수 있습니다. 초대형 집적 회로(VLSI, ULSI) 제조의 경우, PECVD 기술은 Al 전극 배선 형성 후 최종 보호막으로 실리콘 질화막(SiNx)을 형성하고, 평탄화 및 층간 절연막으로 실리콘 산화막을 형성하는 데 성공적으로 적용되었습니다. 박막 소자로서, PECVD 기술은 능동 매트릭스 방식으로 유리를 기판으로 사용하는 LCD 디스플레이 등의 박막 트랜지스터(TFT) 제조에도 성공적으로 적용되었습니다. 집적 회로의 대형화 및 고집적화와 화합물 반도체 소자의 광범위한 사용으로 인해 PECVD는 더 낮은 온도와 더 높은 전자 에너지 공정에서 수행되어야 합니다. 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 더 낮은 온도에서 더 높은 평탄도의 박막을 합성할 수 있는 기술이 개발되어야 합니다. SiN과 SiOx 박막은 ECR 플라즈마와 나선형 플라즈마를 이용한 새로운 플라즈마 화학 기상 증착(PCVD) 기술을 이용하여 광범위하게 연구되었으며, 대규모 집적 회로 등을 위한 층간 절연 박막으로 사용하는 데 있어 실용적인 수준에 도달했습니다.