Властивості плазми
Природа плазми в плазмохімічному осадженні з парової фази полягає в тому, що вона спирається на кінетичну енергію електронів у плазмі для активації хімічних реакцій у газовій фазі. Оскільки плазма являє собою сукупність іонів, електронів, нейтральних атомів і молекул, вона електрично нейтральна на макроскопічному рівні. У плазмі велика кількість енергії зберігається у внутрішній енергії плазми. Плазма спочатку поділяється на гарячу плазму та холодну плазму. У системі PECVD це холодна плазма, яка утворюється внаслідок газового розряду низького тиску. Ця плазма, що утворюється внаслідок розряду низького тиску нижче кількох сотень Па, є нерівноважною газовою плазмою.
Природа цієї плазми така:
(1)Нерегулярний тепловий рух електронів та іонів перевищує їх спрямований рух.
(2) Процес його іонізації головним чином спричинений зіткненням швидких електронів з молекулами газу.
(3) Середня енергія теплового руху електронів на 1-2 порядки вища, ніж у важких частинок, таких як молекули, атоми, іони та вільні радикали.
(4) Втрати енергії після зіткнення електронів і важких частинок можуть бути компенсовані за рахунок електричного поля між зіткненнями.
Важко охарактеризувати низькотемпературну нерівноважну плазму з невеликою кількістю параметрів, оскільки це низькотемпературна нерівноважна плазма в системі PECVD, де електронна температура Te не збігається з температурою Tj важких частинок. У технології PECVD основною функцією плазми є утворення хімічно активних іонів та вільних радикалів. Ці іони та вільні радикали реагують з іншими іонами, атомами та молекулами в газовій фазі або викликають пошкодження кристалічної решітки та хімічні реакції на поверхні підкладки, а вихід активного матеріалу є функцією електронної густини, концентрації реагентів та коефіцієнта виходу. Іншими словами, вихід активного матеріалу залежить від напруженості електричного поля, тиску газу та середнього вільного пробігу частинок у момент зіткнення. Оскільки газоподібний реагент у плазмі дисоціює внаслідок зіткнення високоенергетичних електронів, активаційний бар'єр хімічної реакції може бути подоланий, а температура газоподібного реагенту може бути знижена. Основна відмінність між PECVD та звичайним CVD полягає в тому, що термодинамічні принципи хімічної реакції різні. Дисоціація молекул газу в плазмі є неселективною, тому плівковий шар, осаджений методом PECVD, повністю відрізняється від звичайного CVD. Фазовий склад, отриманий методом PECVD, може бути унікальним для нерівноважного стану, і його формування більше не обмежується рівноважною кінетикою. Найбільш типовим плівковим шаром є аморфний стан.
Функції PECVD
(1) Низька температура осадження.
(2) Зменшити внутрішнє напруження, спричинене невідповідністю коефіцієнта лінійного розширення мембрани/основного матеріалу.
(3) Швидкість осадження є відносно високою, особливо низькотемпературним осадженням, що сприяє отриманню аморфних та мікрокристалічних плівок.
Завдяки низькотемпературному процесу PECVD можна зменшити термічне пошкодження, взаємну дифузію та реакцію між шаром плівки та матеріалом підкладки тощо, що дозволяє покривати електронні компоненти як до їх виготовлення, так і через необхідність повторної обробки. Для виробництва надвеликих інтегральних схем (VLSI, ULSI) технологія PECVD успішно застосовується для формування плівки нітриду кремнію (SiN) як остаточної захисної плівки після формування алюмінієвого електродного дроту, а також для сплющення та формування плівки оксиду кремнію як міжшарової ізоляції. Як тонкоплівкові пристрої, технологія PECVD також успішно застосовується для виготовлення тонкоплівкових транзисторів (TFT) для РК-дисплеїв тощо, використовуючи скло як підкладку в методі активної матриці. З розвитком інтегральних схем більшого масштабу та вищої інтеграції, а також широким використанням складних напівпровідникових приладів, PECVD необхідно виконувати за нижчої температури та з вищою енергією електронів. Для задоволення цієї вимоги необхідно розробити технології, які дозволяють синтезувати плівки з вищою площинністю за нижчих температур. Плівки SiN та SiOx були ретельно досліджені з використанням ECR-плазми та нової технології плазмохімічного осадження з парової фази (PCVD) зі спіральною плазмою, і досягли практичного рівня у використанні міжшарових ізоляційних плівок для великомасштабних інтегральних схем тощо.
Час публікації: 08 листопада 2022 р.