Plazmas īpašības
Plazmas būtība plazmas pastiprinātā ķīmiskajā tvaiku uzklāšanā ir tāda, ka tā balstās uz plazmā esošo elektronu kinētisko enerģiju, lai aktivizētu ķīmiskās reakcijas gāzes fāzē. Tā kā plazma ir jonu, elektronu, neitrālu atomu un molekulu kopums, tā makroskopiskā līmenī ir elektriski neitrāla. Plazmā liels enerģijas daudzums tiek uzkrāts plazmas iekšējā enerģijā. Plazma sākotnēji tiek iedalīta karstajā plazmā un aukstajā plazmā. PECVD sistēmā tā ir aukstā plazma, kas veidojas zemspiediena gāzes izlādes rezultātā. Šī plazma, kas rodas zemspiediena izlādes rezultātā zem dažiem simtiem Pa, ir nevienmērīga gāzes plazma.
Šīs plazmas raksturs ir šāds:
(1) Elektronu un jonu neregulārā termiskā kustība pārsniedz to virzīto kustību.
(2) Tā jonizācijas procesu galvenokārt izraisa ātru elektronu sadursme ar gāzes molekulām.
(3) Elektronu vidējā termiskās kustības enerģija ir par 1 līdz 2 lieluma kārtām augstāka nekā smagajām daļiņām, piemēram, molekulām, atomiem, joniem un brīvajiem radikāļiem.
(4) Enerģijas zudumus pēc elektronu un smago daļiņu sadursmes var kompensēt no elektriskā lauka starp sadursmēm.
Zemas temperatūras nevienlīdzības plazmu ir grūti raksturot ar nelielu parametru skaitu, jo tā ir zemas temperatūras nevienlīdzības plazma PECVD sistēmā, kur elektronu temperatūra Te nav tāda pati kā smago daļiņu temperatūra Tj. PECVD tehnoloģijā plazmas galvenā funkcija ir radīt ķīmiski aktīvus jonus un brīvos radikāļus. Šie joni un brīvie radikāļi reaģē ar citiem joniem, atomiem un molekulām gāzes fāzē vai izraisa režģa bojājumus un ķīmiskas reakcijas uz substrāta virsmas, un aktīvā materiāla iznākums ir atkarīgs no elektronu blīvuma, reaģenta koncentrācijas un iznākuma koeficienta. Citiem vārdiem sakot, aktīvā materiāla iznākums ir atkarīgs no elektriskā lauka stipruma, gāzes spiediena un daļiņu vidējā brīvā attāluma sadursmes brīdī. Tā kā reaģenta gāze plazmā disociējas augstas enerģijas elektronu sadursmes dēļ, var pārvarēt ķīmiskās reakcijas aktivācijas barjeru un samazināt reaģenta gāzes temperatūru. Galvenā atšķirība starp PECVD un parasto CVD ir tā, ka ķīmiskās reakcijas termodinamiskie principi ir atšķirīgi. Gāzes molekulu disociācija plazmā nav selektīva, tāpēc ar PECVD uzklātais plēves slānis pilnībā atšķiras no parastās CVD metodes. Ar PECVD iegūtais fāžu sastāvs var būt nevienlīdzības stāvoklī unikāls, un tā veidošanos vairs neierobežo līdzsvara kinētika. Visizplatītākais plēves slānis ir amorfā stāvoklī.
PECVD funkcijas
(1) Zema nogulsnēšanās temperatūra.
(2) Samazināt iekšējo spriegumu, ko rada membrānas/pamatmateriāla lineārās izplešanās koeficienta neatbilstība.
(3) Nogulsnēšanās ātrums ir relatīvi augsts, īpaši zemas temperatūras nogulsnēšanās gadījumā, kas veicina amorfu un mikrokristālisku plēvju iegūšanu.
Pateicoties PECVD zemās temperatūras procesam, var samazināt termiskos bojājumus, savstarpējo difūziju un reakciju starp plēves slāni un substrāta materiālu utt., lai elektroniskos komponentus varētu pārklāt gan pirms to izgatavošanas, gan nepieciešamības pēc pārstrādes dēļ. Īpaši liela mēroga integrālo shēmu (VLSI, ULSI) ražošanā PECVD tehnoloģija tiek veiksmīgi pielietota silīcija nitrīda plēves (SiN) veidošanai kā galīgajai aizsargplēvei pēc Al elektrodu vadu veidošanas, kā arī saplacināšanai un silīcija oksīda plēves veidošanai kā starpslāņa izolācijai. Kā plānplēves ierīces PECVD tehnoloģija ir veiksmīgi pielietota arī plānplēves tranzistoru (TFT) ražošanā LCD displejiem utt., izmantojot stiklu kā substrātu aktīvās matricas metodē. Attīstoties integrētajām shēmām lielākā mērogā un augstākā integrācijā, kā arī plaši izmantojot saliktās pusvadītāju ierīces, PECVD ir jāveic zemākā temperatūrā un augstākas elektronu enerģijas procesos. Lai izpildītu šo prasību, ir jāizstrādā tehnoloģijas, kas var sintezēt augstākas līdzenuma plēves zemākā temperatūrā. SiN un SiOx plēves ir plaši pētītas, izmantojot ECR plazmu un jaunu plazmas ķīmiskās tvaiku uzklāšanas (PCVD) tehnoloģiju ar spirālveida plazmu, un ir sasniegušas praktisku līmeni starpslāņu izolācijas plēvju izmantošanā lielāka mēroga integrētām shēmām utt.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 8. novembris