Plasma-eigenschappen
Plasma in plasmaversterkte chemische dampdepositie (CVD) is van nature afhankelijk van de kinetische energie van de elektronen in het plasma om de chemische reacties in de gasfase te activeren. Omdat plasma een verzameling ionen, elektronen, neutrale atomen en moleculen is, is het elektrisch neutraal op macroscopisch niveau. In een plasma ligt een grote hoeveelheid energie opgeslagen in de interne energie van het plasma. Plasma wordt oorspronkelijk onderverdeeld in heet plasma en koud plasma. In het PECVD-systeem is het koud plasma, dat ontstaat door gasontlading onder lage druk. Dit plasma, geproduceerd door een ontlading onder lage druk onder een paar honderd Pa, is een niet-evenwichtsgasplasma.
De aard van dit plasma is als volgt:
(1)De onregelmatige thermische beweging van elektronen en ionen overschrijdt hun gerichte beweging.
(2) Het ionisatieproces wordt hoofdzakelijk veroorzaakt door de botsing van snelle elektronen met gasmoleculen.
(3) De gemiddelde thermische bewegingsenergie van elektronen is 1 tot 2 ordes van grootte hoger dan die van zware deeltjes, zoals moleculen, atomen, ionen en vrije radicalen.
(4) Het energieverlies na de botsing van elektronen en zware deeltjes kan worden gecompenseerd door het elektrische veld tussen de botsingen.
Het is moeilijk om een niet-evenwichtsplasma bij lage temperatuur te karakteriseren met een klein aantal parameters, omdat het een niet-evenwichtsplasma bij lage temperatuur betreft in een PECVD-systeem, waarbij de elektronentemperatuur Te niet gelijk is aan de temperatuur Tj van de zware deeltjes. In PECVD-technologie is de primaire functie van het plasma het produceren van chemisch actieve ionen en vrije radicalen. Deze ionen en vrije radicalen reageren met andere ionen, atomen en moleculen in de gasfase of veroorzaken roosterschade en chemische reacties op het substraatoppervlak. De opbrengst aan actief materiaal is afhankelijk van de elektronendichtheid, de reactantconcentratie en de opbrengstcoëfficiënt. Met andere woorden, de opbrengst aan actief materiaal hangt af van de elektrische veldsterkte, de gasdruk en de gemiddelde vrije spreiding van de deeltjes op het moment van botsing. Doordat het reactantgas in het plasma dissocieert door de botsing van hoogenergetische elektronen, kan de activeringsbarrière van de chemische reactie worden overwonnen en kan de temperatuur van het reactantgas worden verlaagd. Het belangrijkste verschil tussen PECVD en conventionele CVD is dat de thermodynamische principes van de chemische reactie verschillen. De dissociatie van gasmoleculen in het plasma is niet-selectief, waardoor de filmlaag die door PECVD wordt afgezet volledig verschilt van die van conventionele CVD. De fasesamenstelling die door PECVD wordt geproduceerd, is mogelijk niet uniek voor evenwicht en de vorming ervan wordt niet langer beperkt door de evenwichtskinetiek. De meest voorkomende filmlaag is een amorfe toestand.
PECVD-kenmerken
(1) Lage afzettingstemperatuur.
(2) Verminder de interne spanning die wordt veroorzaakt door de mismatch van de lineaire expansiecoëfficiënt van het membraan/basismateriaal.
(3) De afzettingssnelheid is relatief hoog, vooral bij lage temperatuur, wat bevorderlijk is voor het verkrijgen van amorfe en microkristallijne films.
Dankzij het lage temperatuurproces van PECVD kan thermische schade worden verminderd, kan wederzijdse diffusie en reactie tussen de filmlaag en het substraatmateriaal worden verminderd, enz., zodat elektronische componenten zowel vóór de productie als nabewerking kunnen worden gecoat. Voor de productie van ultragrootschalige geïntegreerde schakelingen (VLSI, ULSI) wordt PECVD-technologie succesvol toegepast op de vorming van siliciumnitridefilm (SiN) als laatste beschermlaag na de vorming van de aluminiumelektrodebedrading, evenals op afvlakking en de vorming van siliciumoxidefilm als tussenlaagisolatie. Als dunnefilmcomponenten is PECVD-technologie ook succesvol toegepast op de productie van dunnefilmtransistoren (TFT's) voor LCD-schermen, enz., waarbij glas als substraat wordt gebruikt in de actieve-matrixmethode. Met de ontwikkeling van geïntegreerde schakelingen naar grotere schaal en hogere integratie, en het wijdverbreide gebruik van samengestelde halfgeleidercomponenten, is het noodzakelijk dat PECVD wordt uitgevoerd bij lagere temperaturen en processen met hogere elektronenenergie. Om aan deze eis te voldoen, moeten technologieën worden ontwikkeld die films met een hogere vlakheid bij lagere temperaturen kunnen synthetiseren. De SiN- en SiOx-films zijn uitgebreid onderzocht met behulp van ECR-plasma en een nieuwe plasma-PCVD-technologie (Chemical Vapor Deposition) met een spiraalvormig plasma en hebben een praktisch niveau bereikt bij het gebruik van tussenlaagisolatiefilms voor grootschalige geïntegreerde schakelingen, enz.
Plaatsingstijd: 8 november 2022