Propriedades do plasma
A natureza do plasma na deposição química de vapor por plasma é que ele depende da energia cinética dos elétrons no plasma para ativar as reações químicas na fase gasosa. Como o plasma é um conjunto de íons, elétrons, átomos e moléculas neutros, ele é eletricamente neutro no nível macroscópico. Em um plasma, uma grande quantidade de energia é armazenada na energia interna do plasma. O plasma é originalmente dividido em plasma quente e plasma frio. No sistema PECVD, é o plasma frio que é formado por descarga de gás de baixa pressão. Este plasma produzido por uma descarga de baixa pressão abaixo de algumas centenas de Pa é um plasma de gás fora do equilíbrio.
A natureza deste plasma é a seguinte:
(1)O movimento térmico irregular de elétrons e íons excede seu movimento direcionado.
(2) Seu processo de ionização é causado principalmente pela colisão de elétrons rápidos com moléculas de gás.
(3) A energia média do movimento térmico dos elétrons é de 1 a 2 ordens de magnitude maior do que a das partículas pesadas, como moléculas, átomos, íons e radicais livres.
(4) A perda de energia após a colisão de elétrons e partículas pesadas pode ser compensada pelo campo elétrico entre as colisões.
É difícil caracterizar um plasma de baixa temperatura fora de equilíbrio com um pequeno número de parâmetros, porque é um plasma de baixa temperatura fora de equilíbrio em um sistema PECVD, onde a temperatura do elétron Te não é a mesma que a temperatura Tj das partículas pesadas. Na tecnologia PECVD, a função primária do plasma é produzir íons quimicamente ativos e radicais livres. Esses íons e radicais livres reagem com outros íons, átomos e moléculas na fase gasosa ou causam danos à rede e reações químicas na superfície do substrato, e o rendimento do material ativo é uma função da densidade eletrônica, concentração do reagente e coeficiente de rendimento. Em outras palavras, o rendimento do material ativo depende da intensidade do campo elétrico, da pressão do gás e da amplitude livre média das partículas no momento da colisão. À medida que o gás reagente no plasma se dissocia devido à colisão de elétrons de alta energia, a barreira de ativação da reação química pode ser superada e a temperatura do gás reagente pode ser reduzida. A principal diferença entre PECVD e CVD convencional é que os princípios termodinâmicos da reação química são distintos. A dissociação das moléculas de gás no plasma não é seletiva, portanto, a camada de filme depositada por PECVD é completamente diferente da CVD convencional. A composição de fases produzida por PECVD pode ser única em condições de não equilíbrio, e sua formação não é mais limitada pela cinética de equilíbrio. A camada de filme mais típica está no estado amorfo.
Características do PECVD
(1) Baixa temperatura de deposição.
(2) Reduzir o estresse interno causado pela incompatibilidade do coeficiente de expansão linear da membrana/material de base.
(3) A taxa de deposição é relativamente alta, especialmente a deposição em baixa temperatura, o que é propício à obtenção de filmes amorfos e microcristalinos.
Devido ao processo de baixa temperatura do PECVD, o dano térmico pode ser reduzido, a difusão mútua e a reação entre a camada de filme e o material do substrato podem ser reduzidas, etc., de modo que os componentes eletrônicos podem ser revestidos antes de serem fabricados ou devido à necessidade de retrabalho. Para a fabricação de circuitos integrados de ultra-grande escala (VLSI, ULSI), a tecnologia PECVD é aplicada com sucesso à formação de filme de nitreto de silício (SiN) como o filme protetor final após a formação da fiação do eletrodo de Al, bem como ao achatamento e à formação de filme de óxido de silício como isolamento intercamada. Como dispositivos de filme fino, a tecnologia PECVD também tem sido aplicada com sucesso à fabricação de transistores de filme fino (TFTs) para displays LCD, etc., usando vidro como substrato no método de matriz ativa. Com o desenvolvimento de circuitos integrados em maior escala e maior integração e o amplo uso de dispositivos semicondutores compostos, o PECVD é necessário para ser realizado em processos de temperatura mais baixa e maior energia eletrônica. Para atender a esse requisito, tecnologias que podem sintetizar filmes de maior planicidade em temperaturas mais baixas devem ser desenvolvidas. Os filmes de SiN e SiOx foram estudados extensivamente usando plasma ECR e uma nova tecnologia de deposição química de vapor de plasma (PCVD) com plasma helicoidal, e atingiram um nível prático no uso de filmes de isolamento intercamadas para circuitos integrados de larga escala, etc.
Horário da publicação: 08/11/2022