Depożizzjoni kimika tal-fwar imsaħħa bil-plażma

Proprjetajiet tal-plażma
In-natura tal-plażma fid-depożizzjoni kimika tal-fwar imsaħħa bil-plażma hija li tiddependi fuq l-enerġija kinetika tal-elettroni fil-plażma biex tattiva r-reazzjonijiet kimiċi fil-fażi tal-gass. Peress li l-plażma hija ġabra ta' joni, elettroni, atomi u molekuli newtrali, hija elettrikament newtrali fil-livell makroskopiku. Fi plażma, ammont kbir ta' enerġija jinħażen fl-enerġija interna tal-plażma. Il-plażma hija oriġinarjament maqsuma fi plażma sħuna u plażma kiesħa. Fis-sistema PECVD hija plażma kiesħa li hija ffurmata minn skariku ta' gass bi pressjoni baxxa. Din il-plażma prodotta minn skariku ta' pressjoni baxxa taħt ftit mijiet ta' Pa hija plażma ta' gass mhux f'ekwilibriju.
In-natura ta' din il-plażma hija kif ġej:
(1) Il-moviment termali irregolari tal-elettroni u l-joni jaqbeż il-moviment dirett tagħhom.
(2) Il-proċess ta' jonizzazzjoni tiegħu huwa kkawżat prinċipalment mill-ħabta ta' elettroni veloċi ma' molekuli tal-gass.
(3) L-enerġija medja tal-moviment termali tal-elettroni hija minn ordni ta' kobor waħda sa żewġ ordnijiet ogħla minn dik ta' partiċelli tqal, bħal molekuli, atomi, joni u radikali ħielsa.
(4) It-telf tal-enerġija wara l-ħabta ta' elettroni u partiċelli tqal jista' jiġi kkumpensat mill-kamp elettriku bejn il-ħabtiet.
Huwa diffiċli li tikkaratterizza plażma mhux ekwilibrjata f'temperatura baxxa b'numru żgħir ta' parametri, għaliex hija plażma mhux ekwilibrjata f'temperatura baxxa f'sistema PECVD, fejn it-temperatura tal-elettroni Te mhijiex l-istess bħat-temperatura Tj tal-partiċelli tqal. Fit-teknoloġija PECVD, il-funzjoni primarja tal-plażma hija li tipproduċi joni kimikament attivi u radikali ħielsa. Dawn il-joni u r-radikali ħielsa jirreaġixxu ma' joni, atomi u molekuli oħra fil-fażi tal-gass jew jikkawżaw ħsara fil-kannizzata u reazzjonijiet kimiċi fuq il-wiċċ tas-sottostrat, u r-rendiment tal-materjal attiv huwa funzjoni tad-densità tal-elettroni, il-konċentrazzjoni tar-reattant u l-koeffiċjent tar-rendiment. Fi kliem ieħor, ir-rendiment tal-materjal attiv jiddependi fuq is-saħħa tal-kamp elettriku, il-pressjoni tal-gass, u l-medda ħielsa medja tal-partiċelli fil-ħin tal-ħabta. Hekk kif il-gass reattiv fil-plażma jiddisassoċja minħabba l-ħabta ta' elettroni ta' enerġija għolja, il-barriera ta' attivazzjoni tar-reazzjoni kimika tista' tingħeleb u t-temperatura tal-gass reattiv tista' titnaqqas. Id-differenza ewlenija bejn il-PECVD u s-CVD konvenzjonali hija li l-prinċipji termodinamiċi tar-reazzjoni kimika huma differenti. Id-dissoċjazzjoni tal-molekuli tal-gass fil-plażma mhijiex selettiva, għalhekk is-saff tal-film depożitat mill-PECVD huwa kompletament differenti mis-CVD konvenzjonali. Il-kompożizzjoni tal-fażi prodotta mill-PECVD tista' tkun unika mhux f'ekwilibriju, u l-formazzjoni tagħha m'għadhiex limitata mill-kinetika tal-ekwilibriju. L-aktar saff tal-film tipiku huwa stat amorfu.

Karatteristiċi tal-PECVD
(1) Temperatura baxxa ta' depożizzjoni.
(2) Naqqas l-istress intern ikkawżat min-nuqqas ta' qbil bejn il-koeffiċjent ta' espansjoni lineari tal-membrana/materjal tal-bażi.
(3) Ir-rata ta' depożizzjoni hija relattivament għolja, speċjalment id-depożizzjoni f'temperatura baxxa, li hija favorevoli għall-kisba ta' films amorfi u mikrokristallini.

Minħabba l-proċess ta' temperatura baxxa tal-PECVD, il-ħsara termali tista' titnaqqas, id-diffużjoni reċiproka u r-reazzjoni bejn is-saff tal-film u l-materjal tas-sottostrat jistgħu jitnaqqsu, eċċ., sabiex il-komponenti elettroniċi jkunu jistgħu jiġu miksija kemm qabel ma jsiru kif ukoll minħabba l-ħtieġa għal xogħol mill-ġdid. Għall-manifattura ta' ċirkwiti integrati fuq skala ultra-kbira (VLSI, ULSI), it-teknoloġija PECVD hija applikata b'suċċess għall-formazzjoni ta' film tan-nitrid tas-silikon (SiN) bħala l-film protettiv finali wara l-formazzjoni tal-wajers tal-elettrodu tal-Al, kif ukoll l-iċċattjar u l-formazzjoni ta' film tal-ossidu tas-silikon bħala insulazzjoni bejn is-saffi. Bħala apparati b'film irqiq, it-teknoloġija PECVD ġiet applikata wkoll b'suċċess għall-manifattura ta' transistors b'film irqiq (TFTs) għal wirjiet LCD, eċċ., bl-użu tal-ħġieġ bħala s-sottostrat fil-metodu tal-matriċi attiva. Bl-iżvilupp ta' ċirkwiti integrati għal skala akbar u integrazzjoni ogħla u l-użu wiesa' ta' apparati semikondutturi komposti, il-PECVD huwa meħtieġ li jitwettaq f'temperatura aktar baxxa u proċessi ta' enerġija elettronika ogħla. Biex jintlaħaq dan ir-rekwiżit, għandhom jiġu żviluppati teknoloġiji li jistgħu jissintetizzaw films b'ċatt ogħla f'temperaturi aktar baxxi. Il-films SiN u SiOx ġew studjati b'mod estensiv bl-użu tal-plażma ECR u teknoloġija ġdida ta' depożizzjoni kimika tal-fwar tal-plażma (PCVD) bi plażma spirali, u laħqu livell prattiku fl-użu ta' films ta' insulazzjoni bejn is-saffi għal ċirkwiti integrati fuq skala akbar, eċċ.