Plasmaegenskaper
Plasmas natur vid plasmaförstärkt kemisk ångdeponering är att den förlitar sig på elektronernas kinetiska energi i plasmat för att aktivera de kemiska reaktionerna i gasfasen. Eftersom plasma är en samling av joner, elektroner, neutrala atomer och molekyler är den elektriskt neutral på makroskopisk nivå. I en plasma lagras en stor mängd energi i plasmats inre energi. Plasma delas ursprungligen in i varm plasma och kall plasma. I PECVD-systemet är det kall plasma som bildas genom lågtrycksurladdning av gas. Denna plasma som produceras genom en lågtrycksurladdning under några hundra Pa är en icke-jämviktsgasplasma.
Plasmaets natur är följande:
(1) Oregelbunden termisk rörelse hos elektroner och joner överstiger deras riktade rörelse.
(2) Dess joniseringsprocess orsakas huvudsakligen av kollisionen mellan snabba elektroner och gasmolekyler.
(3) Elektronernas genomsnittliga termiska rörelseenergi är 1 till 2 storleksordningar högre än tunga partiklars, såsom molekyler, atomer, joner och fria radikaler.
(4) Energiförlusten efter kollisionen mellan elektroner och tunga partiklar kan kompenseras av det elektriska fältet mellan kollisionerna.
Det är svårt att karakterisera ett lågtemperatur-icke-jämviktsplasma med ett litet antal parametrar, eftersom det är ett lågtemperatur-icke-jämviktsplasma i ett PECVD-system, där elektrontemperaturen Te inte är densamma som temperaturen Tj för de tunga partiklarna. I PECVD-tekniken är plasmats primära funktion att producera kemiskt aktiva joner och fria radikaler. Dessa joner och fria radikaler reagerar med andra joner, atomer och molekyler i gasfasen eller orsakar gitterskador och kemiska reaktioner på substratytan, och utbytet av aktivt material är en funktion av elektrondensitet, reaktantkoncentration och utbyteskoefficient. Med andra ord beror utbytet av aktivt material på den elektriska fältstyrkan, gastrycket och partiklarnas genomsnittliga fria intervall vid kollisionstillfället. När reaktantgasen i plasmat dissocierar på grund av kollisionen av högenergielektroner kan aktiveringsbarriären för den kemiska reaktionen övervinnas och reaktantgasens temperatur kan minskas. Den största skillnaden mellan PECVD och konventionell CVD är att de termodynamiska principerna för den kemiska reaktionen är olika. Dissociationen av gasmolekyler i plasmat är icke-selektiv, så filmskiktet som deponeras med PECVD skiljer sig helt från konventionell CVD. Fassammansättningen som produceras av PECVD kan vara unik i icke-jämviktsförhållanden, och dess bildning begränsas inte längre av jämviktskinetiken. Det mest typiska filmskiktet är i amorft tillstånd.
PECVD-funktioner
(1) Låg avsättningstemperatur.
(2) Minska den inre spänningen som orsakas av att membranets/basmaterialets linjära expansionskoefficient inte överensstämmer.
(3) Avsättningshastigheten är relativt hög, särskilt avsättning vid låg temperatur, vilket bidrar till att erhålla amorfa och mikrokristallina filmer.
På grund av lågtemperaturprocessen vid PECVD kan termiska skador minskas, ömsesidig diffusion och reaktion mellan filmskiktet och substratmaterialet kan minskas, etc., så att elektroniska komponenter kan beläggas både innan de tillverkas eller på grund av behovet av omarbetning. För tillverkning av ultrastorskaliga integrerade kretsar (VLSI, ULSI) har PECVD-tekniken framgångsrikt tillämpats för bildandet av kiselnitridfilm (SiN) som den slutliga skyddsfilmen efter bildandet av Al-elektrodtrådar, samt utplattning och bildandet av kiseloxidfilm som mellanlagerisolering. Som tunnfilmskomponenter har PECVD-tekniken också framgångsrikt tillämpats för tillverkning av tunnfilmstransistorer (TFT) för LCD-skärmar etc., med glas som substrat i den aktiva matrismetoden. Med utvecklingen av integrerade kretsar i större skala och högre integration och den utbredda användningen av sammansatta halvledarkomponenter krävs att PECVD utförs vid processer med lägre temperatur och högre elektronenergi. För att uppfylla detta krav ska tekniker som kan syntetisera filmer med högre planhet vid lägre temperaturer utvecklas. SiN- och SiOx-filmerna har studerats utförligt med hjälp av ECR-plasma och en ny plasmakemisk ångdeponeringsteknik (PCVD) med spiralformad plasma, och har nått en praktisk nivå för användning av mellanlagerisoleringsfilmer för integrerade kretsar i större skala, etc.
Publiceringstid: 8 november 2022