Pemendapan wap kimia yang dipertingkatkan plasma

Sifat plasma
Sifat plasma dalam pemendapan wap kimia yang dipertingkatkan plasma adalah ia bergantung pada tenaga kinetik elektron dalam plasma untuk mengaktifkan tindak balas kimia dalam fasa gas. Oleh kerana plasma merupakan himpunan ion, elektron, atom neutral dan molekul, ia adalah neutral elektrik pada tahap makroskopik. Dalam plasma, sejumlah besar tenaga disimpan dalam tenaga dalaman plasma. Plasma pada asalnya dibahagikan kepada plasma panas dan plasma sejuk. Dalam sistem PECVD, ia adalah plasma sejuk yang dibentuk oleh nyahcas gas tekanan rendah. Plasma ini yang dihasilkan oleh nyahcas tekanan rendah di bawah beberapa ratus Pa ialah plasma gas bukan keseimbangan.
Sifat plasma ini adalah seperti berikut:
(1) Gerakan terma elektron dan ion yang tidak sekata melebihi gerakan terarahnya.
(2) Proses pengionannya terutamanya disebabkan oleh perlanggaran elektron pantas dengan molekul gas.
(3) Tenaga gerakan haba purata elektron adalah 1 hingga 2 peringkat magnitud lebih tinggi daripada zarah berat, seperti molekul, atom, ion dan radikal bebas.
(4) Kehilangan tenaga selepas perlanggaran elektron dan zarah berat boleh dikompensasikan daripada medan elektrik antara perlanggaran.
Sukar untuk mencirikan plasma tak keseimbangan suhu rendah dengan bilangan parameter yang kecil, kerana ia merupakan plasma tak keseimbangan suhu rendah dalam sistem PECVD, di mana suhu elektron Te tidak sama dengan suhu Tj zarah berat. Dalam teknologi PECVD, fungsi utama plasma adalah untuk menghasilkan ion aktif secara kimia dan radikal bebas. Ion dan radikal bebas ini bertindak balas dengan ion, atom dan molekul lain dalam fasa gas atau menyebabkan kerosakan kekisi dan tindak balas kimia pada permukaan substrat, dan hasil bahan aktif adalah fungsi ketumpatan elektron, kepekatan bahan tindak balas dan pekali hasil. Dalam erti kata lain, hasil bahan aktif bergantung pada kekuatan medan elektrik, tekanan gas dan julat bebas purata zarah pada masa perlanggaran. Apabila gas bahan tindak balas dalam plasma terurai akibat perlanggaran elektron bertenaga tinggi, penghalang pengaktifan tindak balas kimia dapat diatasi dan suhu gas bahan tindak balas dapat dikurangkan. Perbezaan utama antara PECVD dan CVD konvensional ialah prinsip termodinamik tindak balas kimia adalah berbeza. Penceraian molekul gas dalam plasma adalah tidak selektif, jadi lapisan filem yang dimendapkan oleh PECVD adalah sama sekali berbeza daripada CVD konvensional. Komposisi fasa yang dihasilkan oleh PECVD mungkin unik bukan keseimbangan, dan pembentukannya tidak lagi terhad oleh kinetik keseimbangan. Lapisan filem yang paling tipikal ialah keadaan amorfus.

Ciri-ciri PECVD
(1) Suhu pemendapan yang rendah.
(2) Kurangkan tekanan dalaman yang disebabkan oleh ketidakpadanan pekali pengembangan linear bagi bahan membran/asas.
(3) Kadar pemendapan agak tinggi, terutamanya pemendapan suhu rendah, yang kondusif untuk mendapatkan filem amorfus dan mikrokristalin.

Disebabkan oleh proses suhu rendah PECVD, kerosakan haba dapat dikurangkan, resapan dan tindak balas bersama antara lapisan filem dan bahan substrat dapat dikurangkan, dan sebagainya, supaya komponen elektronik dapat disalut sebelum ia dibuat atau disebabkan oleh keperluan untuk kerja semula. Bagi pembuatan litar bersepadu berskala ultra besar (VLSI, ULSI), teknologi PECVD berjaya digunakan untuk pembentukan filem silikon nitrida (SiN) sebagai filem pelindung terakhir selepas pembentukan pendawaian elektrod Al, serta perataan dan pembentukan filem silikon oksida sebagai penebat antara lapisan. Sebagai peranti filem nipis, teknologi PECVD juga telah berjaya digunakan untuk pembuatan transistor filem nipis (TFT) untuk paparan LCD, dan sebagainya, menggunakan kaca sebagai substrat dalam kaedah matriks aktif. Dengan pembangunan litar bersepadu ke skala yang lebih besar dan integrasi yang lebih tinggi serta penggunaan peranti semikonduktor majmuk yang meluas, PECVD dikehendaki dilakukan pada proses suhu yang lebih rendah dan tenaga elektron yang lebih tinggi. Untuk memenuhi keperluan ini, teknologi yang boleh mensintesis filem kerataan yang lebih tinggi pada suhu yang lebih rendah akan dibangunkan. Filem SiN dan SiOx telah dikaji secara meluas menggunakan plasma ECR dan teknologi pemendapan wap kimia plasma (PCVD) baharu dengan plasma heliks, dan telah mencapai tahap praktikal dalam penggunaan filem penebat antara lapisan untuk litar bersepadu berskala lebih besar, dsb.