Plazma özellikleri
Plazma destekli kimyasal buhar biriktirmede plazmanın doğası, gaz fazındaki kimyasal reaksiyonları etkinleştirmek için plazmadaki elektronların kinetik enerjisine güvenmesidir. Plazma, iyonlar, elektronlar, nötr atomlar ve moleküllerin bir koleksiyonu olduğundan, makroskobik düzeyde elektriksel olarak nötrdür. Bir plazmada, plazmanın iç enerjisinde büyük miktarda enerji depolanır. Plazma başlangıçta sıcak plazma ve soğuk plazma olarak ayrılır. PECVD sisteminde, düşük basınçlı gaz deşarjı ile oluşan soğuk plazmadır. Birkaç yüz Pa'nın altındaki düşük basınçlı deşarj ile üretilen bu plazma, denge dışı bir gaz plazmasıdır.
Bu plazmanın doğası şu şekildedir:
(1) Elektron ve iyonların düzensiz termal hareketi, yönlendirilmiş hareketlerini aşar.
(2) İyonlaşma süreci esas olarak hızlı elektronların gaz molekülleriyle çarpışması sonucu meydana gelir.
(3) Elektronların ortalama termal hareket enerjisi, moleküller, atomlar, iyonlar ve serbest radikaller gibi ağır parçacıklarınkinden 1 ila 2 kat daha yüksektir.
(4) Elektronların ve ağır parçacıkların çarpışması sonrasındaki enerji kaybı, çarpışmalar arasındaki elektrik alanından telafi edilebilir.
Az sayıda parametreye sahip düşük sıcaklıktaki bir denge dışı plazmayı karakterize etmek zordur, çünkü bu, elektron sıcaklığı Te'nin ağır parçacıkların sıcaklığı Tj ile aynı olmadığı bir PECVD sistemindeki düşük sıcaklıktaki bir denge dışı plazmadır. PECVD teknolojisinde, plazmanın birincil işlevi kimyasal olarak aktif iyonlar ve serbest radikaller üretmektir. Bu iyonlar ve serbest radikaller gaz fazındaki diğer iyonlar, atomlar ve moleküllerle reaksiyona girer veya kafes hasarına ve substrat yüzeyinde kimyasal reaksiyonlara neden olur ve aktif malzeme verimi elektron yoğunluğunun, reaktan konsantrasyonunun ve verim katsayısının bir fonksiyonudur. Başka bir deyişle, aktif malzeme verimi elektrik alan şiddetine, gaz basıncına ve çarpışma anında parçacıkların ortalama serbest aralığına bağlıdır. Plazmadaki reaktan gaz, yüksek enerjili elektronların çarpışması nedeniyle ayrıştıkça, kimyasal reaksiyonun aktivasyon bariyeri aşılabilir ve reaktan gazın sıcaklığı düşürülebilir. PECVD ile geleneksel CVD arasındaki temel fark, kimyasal reaksiyonun termodinamik prensiplerinin farklı olmasıdır. Plazmadaki gaz moleküllerinin ayrışması seçici değildir, bu nedenle PECVD tarafından biriktirilen film tabakası geleneksel CVD'den tamamen farklıdır. PECVD tarafından üretilen faz bileşimi denge dışı benzersiz olabilir ve oluşumu artık denge kinetiği ile sınırlı değildir. En tipik film tabakası amorf haldedir.
PECVD'nin özellikleri
(1) Düşük biriktirme sıcaklığı.
(2) Membran/taban malzemesinin doğrusal genleşme katsayısının uyumsuzluğundan kaynaklanan iç gerilimi azaltın.
(3) Özellikle düşük sıcaklıktaki biriktirmede biriktirme hızı nispeten yüksektir ve bu da amorf ve mikrokristalin filmlerin elde edilmesine elverişlidir.
PECVD'nin düşük sıcaklık işlemi nedeniyle termal hasar azaltılabilir, film tabakası ile alt tabaka malzemesi arasındaki karşılıklı difüzyon ve reaksiyon azaltılabilir, vb., böylece elektronik bileşenler hem yapılmadan önce hem de yeniden işleme ihtiyacı nedeniyle kaplanabilir. Ultra büyük ölçekli entegre devrelerin (VLSI, ULSI) üretimi için PECVD teknolojisi, Al elektrot kablolamasının oluşturulmasından sonra son koruyucu film olarak silisyum nitrür filminin (SiN) oluşturulmasına, ayrıca düzleştirmeye ve ara katman yalıtımı olarak silisyum oksit filminin oluşturulmasına başarıyla uygulanır. İnce film aygıtları olarak PECVD teknolojisi, aktif matris yönteminde alt tabaka olarak cam kullanılarak LCD ekranlar vb. için ince film transistörlerinin (TFT'ler) üretiminde de başarıyla uygulanmıştır. Entegre devrelerin daha büyük ölçekte ve daha yüksek entegrasyonda geliştirilmesi ve bileşik yarı iletken aygıtların yaygın olarak kullanılmasıyla, PECVD'nin daha düşük sıcaklıklarda ve daha yüksek elektron enerjili işlemlerde gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Bu gereksinimi karşılamak için, daha düşük sıcaklıklarda daha yüksek düzlükte filmler sentezleyebilen teknolojiler geliştirilecektir. SiN ve SiOx filmleri, ECR plazma ve helisel plazmaya sahip yeni bir plazma kimyasal buhar biriktirme (PCVD) teknolojisi kullanılarak kapsamlı bir şekilde incelenmiş ve daha büyük ölçekli entegre devreler vb. için ara katman yalıtım filmlerinin kullanımında pratik bir seviyeye ulaşmıştır.
Gönderi zamanı: 08-Kas-2022