Plasmaforsterket kjemisk dampavsetning

Plasmaegenskaper
Plasmaets natur i plasmaforsterket kjemisk dampavsetning er at det er avhengig av den kinetiske energien til elektronene i plasmaet for å aktivere de kjemiske reaksjonene i gassfasen. Siden plasma er en samling av ioner, elektroner, nøytrale atomer og molekyler, er det elektrisk nøytralt på makroskopisk nivå. I et plasma lagres en stor mengde energi i plasmaets indre energi. Plasma er opprinnelig delt inn i varmt plasma og kaldt plasma. I PECVD-systemet er det kaldt plasma som dannes ved lavtrykksgassutladning. Dette plasmaet som produseres ved en lavtrykksutladning under noen få hundre Pa er et ikke-likevektsgassplasma.
Plasmaets natur er som følger:
(1) Uregelmessig termisk bevegelse av elektroner og ioner overstiger deres rettede bevegelse.
(2) Ioniseringsprosessen er hovedsakelig forårsaket av kollisjon mellom raske elektroner og gassmolekyler.
(3) Den gjennomsnittlige termiske bevegelsesenergien til elektroner er 1 til 2 størrelsesordener høyere enn for tunge partikler, som molekyler, atomer, ioner og frie radikaler.
(4) Energitapet etter kollisjonen mellom elektroner og tunge partikler kan kompenseres av det elektriske feltet mellom kollisjonene.
Det er vanskelig å karakterisere et lavtemperatur ikke-likevektsplasma med et lite antall parametere, fordi det er et lavtemperatur ikke-likevektsplasma i et PECVD-system, hvor elektrontemperaturen Te ikke er den samme som temperaturen Tj for de tunge partiklene. I PECVD-teknologi er plasmaets primære funksjon å produsere kjemisk aktive ioner og frie radikaler. Disse ionene og frie radikalene reagerer med andre ioner, atomer og molekyler i gassfasen eller forårsaker gitterskade og kjemiske reaksjoner på substratoverflaten, og utbyttet av aktivt materiale er en funksjon av elektrontetthet, reaktantkonsentrasjon og utbyttekoeffisient. Med andre ord avhenger utbyttet av aktivt materiale av den elektriske feltstyrken, gasstrykket og den gjennomsnittlige frie bevegelsesområdet til partiklene ved kollisjonstidspunktet. Når reaktantgassen i plasmaet dissosierer på grunn av kollisjonen av høyenergielektroner, kan aktiveringsbarrieren for den kjemiske reaksjonen overvinnes og temperaturen på reaktantgassen kan reduseres. Hovedforskjellen mellom PECVD og konvensjonell CVD er at de termodynamiske prinsippene for den kjemiske reaksjonen er forskjellige. Dissosiasjonen av gassmolekyler i plasmaet er ikke-selektiv, så filmlaget som avsettes av PECVD er helt forskjellig fra konvensjonell CVD. Fasesammensetningen produsert av PECVD kan være unik i ikke-likevektsfasen, og dannelsen er ikke lenger begrenset av likevektskinetikken. Det mest typiske filmlaget er i amorf tilstand.

PECVD-funksjoner
(1) Lav avsetningstemperatur.
(2) Reduser den indre spenningen forårsaket av uoverensstemmelsen mellom den lineære ekspansjonskoeffisienten til membranen/basismaterialet.
(3) Avsetningshastigheten er relativt høy, spesielt avsetning ved lav temperatur, noe som bidrar til å oppnå amorfe og mikrokrystallinske filmer.

På grunn av lavtemperaturprosessen til PECVD kan termisk skade reduseres, gjensidig diffusjon og reaksjon mellom filmlaget og substratmaterialet kan reduseres, osv., slik at elektroniske komponenter kan belegges både før de produseres eller på grunn av behov for omarbeiding. For produksjon av ultrastorskala integrerte kretser (VLSI, ULSI) er PECVD-teknologi med hell anvendt til dannelse av silisiumnitridfilm (SiN) som den endelige beskyttelsesfilmen etter dannelsen av Al-elektrodeledninger, samt utflating og dannelse av silisiumoksidfilm som mellomlagsisolasjon. Som tynnfilmenheter har PECVD-teknologi også blitt anvendt med hell til produksjon av tynnfilmtransistorer (TFT-er) for LCD-skjermer, osv., ved bruk av glass som substrat i den aktive matrisemetoden. Med utviklingen av integrerte kretser i større skala og høyere integrasjon og den utbredte bruken av sammensatte halvlederenheter, er det nødvendig at PECVD utføres ved lavere temperatur og prosesser med høyere elektronenergi. For å oppfylle dette kravet skal det utvikles teknologier som kan syntetisere filmer med høyere flathet ved lavere temperaturer. SiN- og SiOx-filmene har blitt grundig studert ved bruk av ECR-plasma og en ny plasmakjemisk dampavsetningsteknologi (PCVD) med spiralformet plasma, og har nådd et praktisk nivå i bruken av mellomlagsisolasjonsfilmer for integrerte kretser i større skala, etc.