Plasma-eigenschappen
De aard van plasma bij plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is dat het afhankelijk is van de kinetische energie van de elektronen in het plasma om de chemische reacties in de gasfase te activeren. Omdat plasma een verzameling is van ionen, elektronen, neutrale atomen en moleculen, is het op macroscopisch niveau elektrisch neutraal. In een plasma is een grote hoeveelheid energie opgeslagen in de interne energie van het plasma. Plasma wordt oorspronkelijk onderverdeeld in heet plasma en koud plasma. In een PECVD-systeem is er sprake van koud plasma, dat wordt gevormd door een gasontlading bij lage druk. Dit plasma, geproduceerd door een lagedrukontlading onder een paar honderd Pa, is een niet-evenwichtig gasplasma.
De aard van dit plasma is als volgt:
(1) De onregelmatige thermische beweging van elektronen en ionen overtreft 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 lastig om een niet-evenwichtig plasma bij lage temperatuur te karakteriseren met een klein aantal parameters, omdat het een niet-evenwichtig plasma bij lage temperatuur betreft in een PECVD-systeem, waar de elektronentemperatuur Te niet gelijk is aan de temperatuur Tj van de zware deeltjes. In de 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 roosterbeschadiging en chemische reacties op het substraatoppervlak. De opbrengst aan actief materiaal is een functie 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 weglengte van de deeltjes op het moment van botsing. Doordat het reactantgas in het plasma dissocieert als gevolg van de botsing van hoogenergetische elektronen, kan de activeringsdrempel 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 met PECVD wordt afgezet, volledig verschilt van die van conventionele CVD. De fasecompositie die met PECVD wordt geproduceerd, kan uniek zijn en niet in evenwicht, waardoor de vorming ervan niet langer wordt beperkt door de evenwichtskinetiek. De meest voorkomende filmlaag is amorf.
PECVD-kenmerken
(1) Lage afzettingstemperatuur.
(2) Verminder de interne spanning die wordt veroorzaakt door de mismatch in de lineaire uitzettingscoëfficiënt van het membraan/basismateriaal.
(3) De afzettingssnelheid is relatief hoog, vooral bij afzetting bij lage temperaturen, wat bevorderlijk is voor het verkrijgen van amorfe en microkristallijne films.
Door het lage temperatuurproces van PECVD kan thermische schade worden verminderd, evenals de onderlinge diffusie en reactie tussen de filmlaag en het substraatmateriaal. Hierdoor kunnen elektronische componenten zowel vóór de productie als tijdens nabewerking worden gecoat. Bij de productie van ultragrootschalige geïntegreerde schakelingen (VLSI, ULSI) wordt PECVD-technologie met succes toegepast voor de vorming van siliciumnitridefilm (SiN) als de uiteindelijke beschermlaag na de vorming van aluminiumelektrodebedrading, evenals voor het vlakken en de vorming van siliciumoxidefilm als tussenlaagisolatie. PECVD-technologie wordt ook met succes toegepast voor 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-processen bij lagere temperaturen en hogere elektronenenergie worden uitgevoerd. 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 bestudeerd met behulp van ECR-plasma en een nieuwe plasma-chemische dampafzettingstechnologie (PCVD) met een spiraalvormig plasma, en hebben een praktisch niveau bereikt in het gebruik als tussenlaagisolatiefilms voor grootschalige geïntegreerde schakelingen, enzovoort.
Geplaatst op: 08-11-2022