Proprietățile plasmei
Natura plasmei în depunerea chimică de vapori asistată de plasmă este aceea că se bazează pe energia cinetică a electronilor din plasmă pentru a activa reacțiile chimice în faza gazoasă. Deoarece plasma este o colecție de ioni, electroni, atomi și molecule neutre, este neutră din punct de vedere electric la nivel macroscopic. Într-o plasmă, o cantitate mare de energie este stocată în energia internă a plasmei. Plasma este inițial împărțită în plasmă caldă și plasmă rece. În sistemul PECVD, este plasmă rece, formată prin descărcarea de gaz la presiune joasă. Această plasmă produsă de o descărcare la presiune joasă, sub câteva sute de Pa, este o plasmă de gaz în dezechilibru.
Natura acestei plasme este următoarea:
(1) Mișcarea termică neregulată a electronilor și ionilor depășește mișcarea lor direcționată.
(2) Procesul său de ionizare este cauzat în principal de coliziunea electronilor rapizi cu moleculele de gaz.
(3) Energia termică medie a mișcării electronilor este cu 1 până la 2 ordine de mărime mai mare decât cea a particulelor grele, cum ar fi moleculele, atomii, ionii și radicalii liberi.
(4) Pierderea de energie după coliziunea electronilor și a particulelor grele poate fi compensată de câmpul electric dintre coliziuni.
Este dificil să se caracterizeze o plasmă de dezechilibru la temperatură joasă cu un număr mic de parametri, deoarece este o plasmă de dezechilibru la temperatură joasă într-un sistem PECVD, unde temperatura electronilor Te nu este aceeași cu temperatura Tj a particulelor grele. În tehnologia PECVD, funcția principală a plasmei este de a produce ioni chimic activi și radicali liberi. Acești ioni și radicali liberi reacționează cu alți ioni, atomi și molecule în faza gazoasă sau provoacă deteriorări ale rețelei și reacții chimice pe suprafața substratului, iar randamentul materialului activ este o funcție a densității electronilor, concentrației reactanților și coeficientului de randament. Cu alte cuvinte, randamentul materialului activ depinde de intensitatea câmpului electric, presiunea gazului și raza medie de acțiune liberă a particulelor în momentul coliziunii. Pe măsură ce gazul reactant din plasmă se disociază din cauza coliziunii electronilor de înaltă energie, bariera de activare a reacției chimice poate fi depășită, iar temperatura gazului reactant poate fi redusă. Principala diferență dintre PECVD și CVD convențională este că principiile termodinamice ale reacției chimice sunt diferite. Disocierea moleculelor de gaz în plasmă este neselectivă, astfel încât stratul de film depus prin PECVD este complet diferit de cel de CVD convențional. Compoziția fazei produse prin PECVD poate fi unică în dezechilibru, iar formarea sa nu mai este limitată de cinetica de echilibru. Cel mai tipic strat de film este în stare amorfă.
Caracteristicile PECVD
(1) Temperatură scăzută de depunere.
(2) Reducerea tensiunii interne cauzate de nepotrivirea coeficientului de dilatare liniară dintre membrană/materialul de bază.
(3) Rata de depunere este relativ mare, în special depunerea la temperatură scăzută, ceea ce conduce la obținerea de pelicule amorfe și microcristaline.
Datorită procesului PECVD la temperatură scăzută, deteriorarea termică poate fi redusă, difuzia reciprocă și reacția dintre stratul de film și materialul substratului pot fi reduse etc., astfel încât componentele electronice pot fi acoperite atât înainte de fabricație, cât și din cauza necesității de prelucrare ulterioară. Pentru fabricarea circuitelor integrate la scară ultra-mare (VLSI, ULSI), tehnologia PECVD este aplicată cu succes la formarea peliculei de nitrură de siliciu (SiN) ca peliculă protectoare finală după formarea cablajului electrodului de Al, precum și la aplatizare și formarea peliculei de oxid de siliciu ca izolație intermediară. Ca dispozitive cu peliculă subțire, tehnologia PECVD a fost aplicată cu succes și la fabricarea tranzistoarelor cu peliculă subțire (TFT) pentru afișaje LCD etc., utilizând sticla ca substrat în metoda cu matrice activă. Odată cu dezvoltarea circuitelor integrate la scară mai mare și cu o integrare superioară și utilizarea pe scară largă a dispozitivelor semiconductoare compuse, este necesar ca PECVD să fie efectuată la temperaturi mai scăzute și cu energie electronică mai mare. Pentru a îndeplini această cerință, trebuie dezvoltate tehnologii care pot sintetiza pelicule cu o planitate mai mare la temperaturi mai scăzute. Filmele de SiN și SiOx au fost studiate pe larg folosind plasmă ECR și o nouă tehnologie de depunere chimică în fază de vapori cu plasmă (PCVD) cu plasmă elicoidală și au atins un nivel practic în utilizarea filmelor izolatoare interstrat pentru circuite integrate la scară mai mare etc.
Data publicării: 08 noiembrie 2022