Plazma özellikleri
Plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD) sisteminde plazmanın doğası, gaz fazındaki kimyasal reaksiyonları aktive etmek için plazmadaki elektronların kinetik enerjisine dayanmasıdır. Plazma, iyonlar, elektronlar, nötr atomlar ve moleküllerden oluşan bir topluluk olduğundan, makroskobik düzeyde elektriksel olarak nötrdür. Bir plazmada, büyük miktarda enerji plazmanın iç enerjisinde depolanır. Plazma başlangıçta sıcak plazma ve soğuk plazma olarak ikiye ayrılır. PECVD sisteminde, düşük basınçlı gaz deşarjı ile oluşan soğuk plazmadır. Birkaç yüz Pa'nın altındaki düşük basınçlı deşarj ile üretilen bu plazma, dengesiz bir gaz plazmasıdır.
Bu plazmanın yapısı şu şekildedir:
(1)Elektronların ve iyonların düzensiz termal hareketi, yönlendirilmiş hareketlerini aşmaktadır.
(2) İyonlaşma süreci esas olarak hızlı elektronların gaz molekülleriyle çarpışmasından kaynaklanır.
(3) Elektronların ortalama termal hareket enerjisi, moleküller, atomlar, iyonlar ve serbest radikaller gibi ağır parçacıklarınkinden 1 ila 2 mertebe daha yüksektir.
(4) Elektronların ve ağır parçacıkların çarpışmasından sonra meydana gelen enerji kaybı, çarpışmalar arasındaki elektrik alanından telafi edilebilir.
Düşük sıcaklıkta dengesiz bir plazmayı az sayıda parametreyle karakterize etmek zordur, çünkü bu, elektron sıcaklığı Te'nin ağır parçacıkların sıcaklığı Tj ile aynı olmadığı bir PECVD sistemindeki düşük sıcaklıkta dengesiz bir 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 alt tabaka yüzeyinde kafes hasarına ve kimyasal reaksiyonlara neden olur ve aktif madde verimi, elektron yoğunluğu, reaktan konsantrasyonu ve verim katsayısının bir fonksiyonudur. Başka bir deyişle, aktif madde verimi, elektrik alan şiddetine, gaz basıncına ve çarpışma anındaki parçacıkların ortalama serbest hareket mesafesine bağlıdır. Plazmadaki reaktan gazı, yüksek enerjili elektronların çarpışması nedeniyle ayrıştığında, kimyasal reaksiyonun aktivasyon bariyeri aşılabilir ve reaktan gazının sıcaklığı düşürülebilir. PECVD ile geleneksel CVD arasındaki temel fark, kimyasal reaksiyonun termodinamik prensiplerinin farklı olmasıdır. Plazmadaki gaz moleküllerinin ayrışması seçici değildir, bu nedenle PECVD ile biriktirilen film tabakası geleneksel CVD'den tamamen farklıdır. PECVD ile üretilen faz bileşimi, denge dışı benzersiz olabilir ve oluşumu artık denge kinetiği ile sınırlı değildir. En tipik film tabakası amorf haldedir.
PECVD özellikleri
(1) Düşük biriktirme sıcaklığı.
(2) Membran/taban malzemesinin doğrusal genleşme katsayısının uyumsuzluğundan kaynaklanan iç gerilimi azaltın.
(3) Biriktirme hızı nispeten yüksektir, özellikle düşük sıcaklıkta biriktirme, bu da amorf ve mikrokristalin filmlerin elde edilmesine elverişlidir.
PECVD'nin düşük sıcaklıkta gerçekleşen işlemi sayesinde, termal hasar azaltılabilir, film tabakası ve alt tabaka malzemesi arasındaki karşılıklı difüzyon ve reaksiyon azaltılabilir, böylece elektronik bileşenler hem üretimden önce hem de yeniden işleme ihtiyacı nedeniyle kaplanabilir. Ultra büyük ölçekli entegre devrelerin (VLSI, ULSI) üretiminde, PECVD teknolojisi, Al elektrot tellerinin oluşturulmasından sonra son koruyucu film olarak silikon nitrür (SiN) filminin oluşturulmasında ve ayrıca ara katman yalıtımı olarak silikon oksit filminin düzleştirilmesi ve oluşturulmasında başarıyla uygulanmaktadır. İnce film cihazları olarak, PECVD teknolojisi, aktif matris yönteminde alt tabaka olarak cam kullanılarak LCD ekranlar için ince film transistörlerinin (TFT) üretiminde de başarıyla uygulanmıştır. Entegre devrelerin daha büyük ölçekli ve daha yüksek entegrasyonlu hale gelmesi ve bileşik yarı iletken cihazların yaygın kullanımıyla birlikte, PECVD'nin daha düşük sıcaklıkta ve daha yüksek elektron enerjisi süreçlerinde gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Bu gereksinimi karşılamak için, daha düşük sıcaklıklarda daha yüksek düzlükte filmler sentezleyebilen teknolojilerin geliştirilmesi gerekmektedir. SiN ve SiOx filmleri, ECR plazması ve sarmal plazmalı 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.
Yayın tarihi: 08.11.2022