Plazmos savybės
Plazmos, sustiprintos cheminio garų nusodinimo būdu, pobūdis yra tas, kad cheminėms reakcijoms dujų fazėje aktyvuoti plazmoje reikalinga plazmoje esančių elektronų kinetinė energija. Kadangi plazma yra jonų, elektronų, neutralių atomų ir molekulių rinkinys, makroskopiniu lygmeniu ji yra elektriškai neutrali. Plazmoje didelis energijos kiekis yra saugomas vidinėje plazmos energijoje. Plazma iš pradžių skirstoma į karštąją plazmą ir šaltąją plazmą. PECVD sistemoje tai yra šaltoji plazma, susidaranti dėl žemo slėgio dujų išlydžio. Ši plazma, gauta dėl žemo slėgio, mažesnio nei keli šimtai Pa, išlydžio, yra nepusiausvyrinė dujų plazma.
Šios plazmos pobūdis yra toks:
(1) Netaisyklingas elektronų ir jonų šiluminis judėjimas viršija jų nukreiptą judėjimą.
(2) Jo jonizacijos procesą daugiausia sukelia greitų elektronų susidūrimas su dujų molekulėmis.
(3) Vidutinė elektronų šiluminio judėjimo energija yra 1–2 dydžio eilėmis didesnė nei sunkiųjų dalelių, tokių kaip molekulės, atomai, jonai ir laisvieji radikalai.
(4) Energijos nuostolius po elektronų ir sunkiųjų dalelių susidūrimo galima kompensuoti iš elektrinio lauko tarp susidūrimų.
Sunku apibūdinti žemos temperatūros nesubalansuotą plazmą su nedideliu parametrų skaičiumi, nes tai yra žemos temperatūros nesubalansuota plazma PECVD sistemoje, kur elektronų temperatūra Te nėra tokia pati kaip sunkiųjų dalelių temperatūra Tj. PECVD technologijoje pagrindinė plazmos funkcija yra gaminti chemiškai aktyvius jonus ir laisvuosius radikalus. Šie jonai ir laisvieji radikalai reaguoja su kitais jonais, atomais ir molekulėmis dujų fazėje arba sukelia gardelės pažeidimus ir chemines reakcijas substrato paviršiuje, o aktyvios medžiagos išeiga priklauso nuo elektronų tankio, reaguojančios medžiagos koncentracijos ir išeigos koeficiento. Kitaip tariant, aktyvios medžiagos išeiga priklauso nuo elektrinio lauko stiprumo, dujų slėgio ir vidutinio dalelių laisvojo nuotolio susidūrimo metu. Kadangi reaguojančios dujos plazmoje disocijuoja dėl didelės energijos elektronų susidūrimo, galima įveikti cheminės reakcijos aktyvacijos barjerą ir sumažinti reaguojančių dujų temperatūrą. Pagrindinis skirtumas tarp PECVD ir įprastos CVD yra tas, kad skiriasi cheminės reakcijos termodinaminiai principai. Dujų molekulių disociacija plazmoje yra neselektyvi, todėl PECVD metodu nusodintas plėvelės sluoksnis visiškai skiriasi nuo įprastinio CVD metodu nusodinto plėvelės sluoksnio. PECVD metodu gauta fazinė sudėtis gali būti unikali nepusiausvyros būsenai, o jos susidarymo neberiboja pusiausvyros kinetika. Tipiškiausias plėvelės sluoksnis yra amorfinės būsenos.
PECVD funkcijos
(1) Žema nusodinimo temperatūra.
(2) Sumažinkite vidinį įtempį, kurį sukelia membranos / pagrindinės medžiagos linijinio plėtimosi koeficiento neatitikimas.
(3) Nusodinimo greitis yra gana didelis, ypač žemos temperatūros nusodinimas, kuris padeda gauti amorfines ir mikrokristalines plėveles.
Dėl žemos temperatūros PECVD proceso galima sumažinti terminį pažeidimą, abipusę difuziją ir reakciją tarp plėvelės sluoksnio ir pagrindo medžiagos ir kt., todėl elektroninius komponentus galima padengti tiek prieš juos pagaminant, tiek dėl pakartotinio apdorojimo poreikio. Gaminant itin didelio masto integrinius grandynus (VLSI, ULSI), PECVD technologija sėkmingai taikoma silicio nitrido plėvelės (SiN) formavimui kaip galutinei apsauginei plėvelei po Al elektrodų laidų formavimo, taip pat plokštesnei plokštei ir silicio oksido plėvelės, kaip tarpsluoksninės izoliacijos, formavimui. Kaip plonasluoksniai įtaisai, PECVD technologija taip pat sėkmingai taikoma plonasluoksnių tranzistorių (TFT) gamyboje LCD ekranams ir kt., naudojant stiklą kaip pagrindą aktyviosios matricos metodu. Tobulėjant integriniams grandynams iki didesnio masto ir didesnės integracijos bei plačiai naudojant sudėtinius puslaidininkinius įtaisus, PECVD reikia atlikti žemesnėje temperatūroje ir naudojant didesnės elektronų energijos procesus. Siekiant patenkinti šį reikalavimą, reikia sukurti technologijas, kurios leistų sintetinti didesnio lygumo plėveles žemesnėje temperatūroje. SiN ir SiOx plėvelės buvo plačiai ištirtos naudojant ECR plazmą ir naują plazminio cheminio garų nusodinimo (PCVD) technologiją su spiraline plazma ir pasiekė praktinį lygį naudojant tarpsluoksnines izoliacines plėveles didesnio masto integrinėms grandinėms ir kt.
Įrašo laikas: 2022 m. lapkričio 8 d.