Właściwości plazmy
Natura plazmy w chemicznym osadzaniu z fazy gazowej wspomaganym plazmą polega na tym, że opiera się ona na energii kinetycznej elektronów w plazmie, aby aktywować reakcje chemiczne w fazie gazowej. Ponieważ plazma jest zbiorem jonów, elektronów, neutralnych atomów i cząsteczek, jest elektrycznie neutralna na poziomie makroskopowym. W plazmie duża ilość energii jest magazynowana w energii wewnętrznej plazmy. Plazma jest pierwotnie dzielona na plazmę gorącą i plazmę zimną. W systemie PECVD jest to plazma zimna, która powstaje w wyniku wyładowania gazu o niskim ciśnieniu. Ta plazma wytwarzana przez wyładowanie o niskim ciśnieniu poniżej kilkuset Pa jest plazmą gazową nierównowagową.
Natura tej plazmy jest następująca:
(1)Nieregularny ruch cieplny elektronów i jonów przekracza ich ruch kierunkowy.
(2) Proces jonizacji jest spowodowany głównie przez zderzenia szybkich elektronów z cząsteczkami gazu.
(3) Średnia energia ruchu cieplnego elektronów jest od 1 do 2 rzędów wielkości wyższa niż energia ruchu ciężkich cząstek, takich jak cząsteczki, atomy, jony i wolne rodniki.
(4) Stratę energii powstałą w wyniku zderzenia elektronów i ciężkich cząstek można zrekompensować dzięki polu elektrycznemu występującemu pomiędzy zderzeniami.
Trudno jest scharakteryzować niskotemperaturową plazmę nierównowagową przy użyciu niewielkiej liczby parametrów, ponieważ jest to niskotemperaturowa plazma nierównowagowa w układzie PECVD, w którym temperatura elektronów Te nie jest taka sama jak temperatura Tj ciężkich cząstek. W technologii PECVD podstawową funkcją plazmy jest wytwarzanie chemicznie aktywnych jonów i wolnych rodników. Te jony i wolne rodniki reagują z innymi jonami, atomami i cząsteczkami w fazie gazowej lub powodują uszkodzenia sieci i reakcje chemiczne na powierzchni podłoża, a wydajność materiału aktywnego jest funkcją gęstości elektronowej, stężenia reagentów i współczynnika wydajności. Innymi słowy, wydajność materiału aktywnego zależy od natężenia pola elektrycznego, ciśnienia gazu i średniego swobodnego zasięgu cząstek w momencie zderzenia. Ponieważ gaz reakcyjny w plazmie dysocjuje z powodu zderzenia elektronów o wysokiej energii, bariera aktywacji reakcji chemicznej może zostać pokonana, a temperatura gazu reakcyjnego może zostać obniżona. Główną różnicą między PECVD a konwencjonalnym CVD jest to, że zasady termodynamiczne reakcji chemicznej są różne. Dysocjacja cząsteczek gazu w plazmie jest nieselektywna, więc warstwa filmu osadzona przez PECVD jest całkowicie inna niż konwencjonalne CVD. Skład fazowy wytworzony przez PECVD może być nierównowagowo unikalny, a jego powstawanie nie jest już ograniczone kinetyką równowagową. Najbardziej typowa warstwa filmu jest w stanie amorficznym.
Funkcje PECVD
(1) Niska temperatura osadzania.
(2) Zmniejszenie naprężeń wewnętrznych spowodowanych niedopasowaniem współczynnika rozszerzalności liniowej materiału membrany/podstawy.
(3) Szybkość osadzania jest stosunkowo wysoka, zwłaszcza w przypadku osadzania w niskiej temperaturze, co sprzyja uzyskiwaniu warstw amorficznych i mikrokrystalicznych.
Dzięki niskotemperaturowemu procesowi PECVD można zmniejszyć uszkodzenia termiczne, wzajemną dyfuzję i reakcję między warstwą folii a materiałem podłoża itp., dzięki czemu elementy elektroniczne można powlekać zarówno przed ich wykonaniem, jak i w przypadku konieczności przeróbki. W przypadku produkcji układów scalonych o bardzo dużej skali (VLSI, ULSI) technologia PECVD jest z powodzeniem stosowana do formowania warstwy azotku krzemu (SiN) jako ostatecznej warstwy ochronnej po uformowaniu okablowania elektrody Al, a także do spłaszczania i formowania warstwy tlenku krzemu jako izolacji międzywarstwowej. Jako urządzenia cienkowarstwowe technologia PECVD została również z powodzeniem zastosowana do produkcji tranzystorów cienkowarstwowych (TFT) do wyświetlaczy LCD itp., wykorzystując szkło jako podłoże w metodzie aktywnej matrycy. Wraz z rozwojem układów scalonych na większą skalę i wyższą integrację oraz szerokim zastosowaniem złożonych urządzeń półprzewodnikowych, wymagane jest wykonywanie PECVD w niższych temperaturach i procesach o wyższej energii elektronów. Aby sprostać temu wymogowi, należy opracować technologie, które mogą syntetyzować folie o większej płaskości w niższych temperaturach. Folie SiN i SiOx były szeroko badane przy użyciu plazmy ECR i nowej technologii chemicznego osadzania z fazy gazowej (PCVD) z plazmą helikalną i osiągnęły poziom praktyczny w stosowaniu folii izolacyjnych międzywarstwowych do układów scalonych o większej skali itp.
Czas publikacji: 08-11-2022