การสะสมไอเคมีที่เสริมด้วยพลาสมา

คุณสมบัติของพลาสมา
ธรรมชาติของพลาสมาในการสะสมไอเคมีที่เพิ่มขึ้นด้วยพลาสมาคือมันต้องอาศัยพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนในพลาสมาเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีในเฟสก๊าซ เนื่องจากพลาสมาเป็นกลุ่มของไอออน อิเล็กตรอน อะตอมที่เป็นกลาง และโมเลกุล ดังนั้นจึงเป็นกลางทางไฟฟ้าในระดับมหภาค ในพลาสมา พลังงานจำนวนมากจะถูกเก็บไว้ในพลังงานภายในของพลาสมา เดิมที พลาสมาแบ่งออกเป็นพลาสมาร้อนและพลาสมาเย็น ในระบบ PECVD พลาสมาเย็นจะเกิดขึ้นจากการคายประจุก๊าซที่มีความดันต่ำ พลาสมานี้เกิดจากการคายประจุที่มีความดันต่ำกว่าไม่กี่ร้อยปาสกาลเป็นพลาสมาก๊าซที่ไม่สมดุล
ลักษณะของพลาสม่ามีดังนี้:
(1) การเคลื่อนที่ทางความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของอิเล็กตรอนและไอออนเกินกว่าการเคลื่อนที่ตามทิศทางของพวกมัน
(2) กระบวนการไอออไนเซชันเกิดขึ้นจากการชนกันของอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เร็วกับโมเลกุลของก๊าซเป็นหลัก
(3) พลังงานการเคลื่อนที่ความร้อนเฉลี่ยของอิเล็กตรอนจะมีค่าสูงกว่าพลังงานของอนุภาคหนัก เช่น โมเลกุล อะตอม ไอออน และอนุมูลอิสระ ประมาณ 1 ถึง 2 ลำดับ
(4) การสูญเสียพลังงานหลังจากการชนกันของอิเล็กตรอนและอนุภาคหนักสามารถชดเชยได้จากสนามไฟฟ้าระหว่างการชนกัน
เป็นการยากที่จะระบุลักษณะของพลาสมาที่ไม่สมดุลอุณหภูมิต่ำที่มีพารามิเตอร์จำนวนน้อย เนื่องจากเป็นพลาสมาที่ไม่สมดุลอุณหภูมิต่ำในระบบ PECVD ซึ่งอุณหภูมิอิเล็กตรอน Te ไม่เท่ากับอุณหภูมิ Tj ของอนุภาคหนัก ในเทคโนโลยี PECVD หน้าที่หลักของพลาสมาคือการผลิตไอออนและอนุมูลอิสระที่มีฤทธิ์ทางเคมี ไอออนและอนุมูลอิสระเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับไอออน อะตอม และโมเลกุลอื่นๆ ในเฟสก๊าซ หรือก่อให้เกิดความเสียหายต่อโครงตาข่ายและปฏิกิริยาเคมีบนพื้นผิวของสารตั้งต้น และผลผลิตของวัสดุที่ใช้งานจะเป็นฟังก์ชันของความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ความเข้มข้นของสารตั้งต้น และค่าสัมประสิทธิ์ผลผลิต กล่าวอีกนัยหนึ่ง ผลผลิตของวัสดุที่ใช้งานขึ้นอยู่กับความแรงของสนามไฟฟ้า ความดันก๊าซ และช่วงอิสระเฉลี่ยของอนุภาคในเวลาที่เกิดการชนกัน เมื่อก๊าซสารตั้งต้นในพลาสมาแตกตัวเนื่องจากการชนกันของอิเล็กตรอนพลังงานสูง อุปสรรคการกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีก็สามารถเอาชนะได้ และอุณหภูมิของก๊าซสารตั้งต้นก็จะลดลง ความแตกต่างหลักระหว่าง PECVD และ CVD ทั่วไปคือหลักการเทอร์โมไดนามิกของปฏิกิริยาเคมีนั้นแตกต่างกัน การแยกตัวของโมเลกุลก๊าซในพลาสมานั้นไม่เลือก ดังนั้นชั้นฟิล์มที่สะสมโดย PECVD จึงแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจาก CVD ทั่วไป องค์ประกอบเฟสที่สร้างโดย PECVD อาจมีลักษณะไม่สมดุล และการก่อตัวของมันจะไม่ถูกจำกัดด้วยจลนพลศาสตร์สมดุลอีกต่อไป ชั้นฟิล์มที่พบมากที่สุดคือสถานะอสัณฐาน

คุณสมบัติของ PECVD
(1) อุณหภูมิการสะสมต่ำ
(2) ลดความเครียดภายในที่เกิดจากความไม่ตรงกันของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของเมมเบรน/วัสดุฐาน
(3) อัตราการสะสมค่อนข้างสูง โดยเฉพาะการสะสมที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งเอื้อต่อการได้ฟิล์มอะมอร์ฟัสและไมโครคริสตัลไลน์

เนื่องจากกระบวนการอุณหภูมิต่ำของ PECVD ความเสียหายจากความร้อนสามารถลดลง การแพร่กระจายร่วมกันและปฏิกิริยาระหว่างชั้นฟิล์มและวัสดุพื้นผิวสามารถลดลง เป็นต้น ดังนั้น จึงสามารถเคลือบส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ได้ทั้งก่อนการผลิตหรือเนื่องจากต้องมีการทำงานซ้ำ สำหรับการผลิตวงจรรวมขนาดใหญ่พิเศษ (VLSI, ULSI) เทคโนโลยี PECVD ประสบความสำเร็จในการนำไปประยุกต์ใช้ในการสร้างฟิล์มซิลิกอนไนไตรด์ (SiN) เป็นฟิล์มป้องกันขั้นสุดท้ายหลังจากการสร้างสายอิเล็กโทรด Al รวมถึงการปรับระดับและการสร้างฟิล์มซิลิกอนออกไซด์เป็นฉนวนระหว่างชั้น สำหรับอุปกรณ์ฟิล์มบาง เทคโนโลยี PECVD ยังประสบความสำเร็จในการนำไปประยุกต์ใช้ในการผลิตทรานซิสเตอร์ฟิล์มบาง (TFT) สำหรับจอ LCD เป็นต้น โดยใช้กระจกเป็นพื้นผิวในวิธีเมทริกซ์แอ็คทีฟ ด้วยการพัฒนาวงจรรวมให้มีขนาดใหญ่ขึ้นและบูรณาการได้มากขึ้น รวมถึงการใช้กันอย่างแพร่หลายของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบผสม PECVD จึงจำเป็นต้องดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่าและกระบวนการพลังงานอิเล็กตรอนที่สูงขึ้น เพื่อตอบสนองความต้องการนี้ จึงต้องพัฒนาเทคโนโลยีที่สามารถสังเคราะห์ฟิล์มที่มีความเรียบสูงที่อุณหภูมิต่ำกว่าได้ ฟิล์ม SiN และ SiOx ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางโดยใช้พลาสมา ECR และเทคโนโลยีการสะสมไอเคมีพลาสมาแบบใหม่ (PCVD) ด้วยพลาสมาแบบเกลียว และได้ไปถึงระดับที่ใช้งานได้จริงในการใช้ฟิล์มฉนวนระหว่างชั้นสำหรับวงจรรวมขนาดใหญ่ เป็นต้น