Плазмын сайжруулсан химийн ууршилт

Плазмын шинж чанар
Плазмаар сайжруулсан химийн уурын тунадасжилтын үед плазмын мөн чанар нь хийн фаз дахь химийн урвалыг идэвхжүүлэхийн тулд плазмын электронуудын кинетик энергид тулгуурладагт оршино. Плазм нь ион, электрон, төвийг сахисан атом, молекулуудын цуглуулга тул макроскопийн түвшинд цахилгаан төвийг сахисан байдаг. Плазмд плазмын дотоод энергид их хэмжээний энерги хадгалагддаг. Плазмыг анх халуун плазм ба хүйтэн плазм гэж хуваадаг. PECVD системд энэ нь нам даралтын хийн ялгаралтаар үүсдэг хүйтэн плазм юм. Хэдэн зуун Па-аас доош нам даралтын ялгаралтаар үүссэн энэхүү плазм нь тэнцвэргүй хийн плазм юм.
Энэ плазмын мөн чанар нь дараах байдалтай байна.
(1) Электрон ба ионуудын жигд бус дулааны хөдөлгөөн нь тэдгээрийн чиглэсэн хөдөлгөөнөөс давсан.
(2) Үүний иончлолын процесс нь голчлон хурдан электронууд хийн молекулуудтай мөргөлдсөнөөс үүдэлтэй.
(3) Электронуудын дундаж дулааны хөдөлгөөний энерги нь молекул, атом, ион, чөлөөт радикал зэрэг хүнд хэсгүүдийнхээс 1-2 дахин их байдаг.
(4) Электрон ба хүнд бөөмсийн мөргөлдөөний дараах энергийн алдагдлыг мөргөлдөөний хоорондох цахилгаан оронгоос нөхөж болно.
Бага температурт тэнцвэргүй плазмыг цөөн тооны параметртэй тодорхойлоход хэцүү байдаг, учир нь энэ нь PECVD систем дэх бага температурт тэнцвэргүй плазм бөгөөд электроны температур Te нь хүнд бөөмсийн температур Tj-тэй ижил биш байдаг. PECVD технологид плазмын үндсэн үүрэг нь химийн идэвхтэй ионууд болон чөлөөт радикалуудыг үүсгэх явдал юм. Эдгээр ионууд болон чөлөөт радикалууд нь хийн фазад бусад ионууд, атомууд болон молекулуудтай урвалд ордог эсвэл торны гэмтэл, субстратын гадаргуу дээр химийн урвал үүсгэдэг бөгөөд идэвхтэй материалын гарц нь электроны нягтрал, урвалжийн концентраци болон гарцын коэффициентийн функц юм. Өөрөөр хэлбэл, идэвхтэй материалын гарц нь цахилгаан орны хүч чадал, хийн даралт, мөргөлдөөний үеийн бөөмсийн дундаж чөлөөт мужаас хамаарна. Өндөр энергитэй электронуудын мөргөлдөөний улмаас сийвэн дэх урвалжийн хий диссоциацид ордог тул химийн урвалын идэвхжүүлэлтийн саадыг даван туулж, урвалжийн хийн температурыг бууруулж болно. PECVD болон уламжлалт CVD-ийн гол ялгаа нь химийн урвалын термодинамик зарчим өөр байдагт оршино. Плазм дахь хийн молекулуудын диссоциаци нь сонгомол бус байдаг тул PECVD-ээр хуримтлагдсан хальсан давхарга нь уламжлалт CVD-ээс огт өөр юм. PECVD-ээр үүссэн фазын найрлага нь тэнцвэргүй өвөрмөц байж болох бөгөөд түүний үүсэлт нь тэнцвэрийн кинетикээр хязгаарлагдахаа больсон. Хамгийн ердийн хальсан давхарга нь аморф төлөв юм.

PECVD-ийн онцлогууд
(1) Тунадасны температур бага.
(2) Мембран/суурь материалын шугаман тэлэлтийн коэффициентийн зөрүүгээс үүдэлтэй дотоод стрессийг бууруулна.
(3) Тунадасжилтын хурд харьцангуй өндөр, ялангуяа бага температурт тунадасжилт нь аморф болон бичил талст хальс үүсгэхэд таатай байдаг.

PECVD-ийн бага температурын процессын ачаар дулааны гэмтлийг бууруулж, хальсан давхарга болон суурь материалын хоорондох харилцан диффуз болон урвалыг багасгаж, электрон эд ангиудыг үйлдвэрлэхээс өмнө эсвэл дахин боловсруулах шаардлагатай үед бүрэх боломжтой. Хэт том хэмжээний интеграл хэлхээ (VLSI, ULSI) үйлдвэрлэхэд PECVD технологийг Al электродын утас үүссэний дараа эцсийн хамгаалалтын хальс болгон цахиурын нитридийн хальс (SiN) үүсгэх, мөн хавтгайлах, цахиурын ислийн хальсыг давхаргын тусгаарлагч болгон үүсгэхэд амжилттай ашиглаж байна. Нимгэн хальсан төхөөрөмжийн хувьд PECVD технологийг идэвхтэй матрицын аргаар шилийг суурь болгон ашиглан LCD дэлгэц гэх мэт нимгэн хальсан транзистор (TFT) үйлдвэрлэхэд амжилттай ашиглаж байна. Интеграл хэлхээг илүү том, өндөр интеграцчилал руу хөгжүүлж, нийлмэл хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг өргөнөөр ашиглаж байгаа тул PECVD-ийг бага температурт болон өндөр электрон энергийн процесст гүйцэтгэх шаардлагатай байна. Энэ шаардлагыг хангахын тулд бага температурт өндөр хавтгай хальсыг нэгтгэх боломжтой технологийг боловсруулах шаардлагатай байна. SiN болон SiOx хальснуудыг ECR плазм болон мушгиа плазмтай шинэ плазмын химийн ууршуулах (PCVD) технологийг ашиглан өргөн хүрээнд судалсан бөгөөд том хэмжээний интеграл хэлхээ гэх мэтэд давхаргын тусгаарлагч хальс ашиглах практик түвшинд хүрсэн.