Властивості плазми
Природа плазми в плазмово-підсиленому хімічному осадженні з парової фази полягає в тому, що вона покладається на кінетичну енергію електронів у плазмі для активації хімічних реакцій у газовій фазі.Оскільки плазма є сукупністю 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.в системі PECVD це холодна плазма, яка утворюється газовим розрядом низького тиску.Ця плазма, утворена розрядом 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) Його процес іонізації в основному викликаний зіткненням швидких електронів з молекулами газу.
(3) Середня теплова енергія 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 електричним полем між зіткненнями.
Важко охарактеризувати низькотемпературну нерівноважну плазму з невеликою кількістю параметрів, оскільки це низькотемпературна нерівноважна плазма в системі PECVD, де температура електронів Te не збігається з температурою Tj важких частинок.У технології PECVD основною функцією плазми є виробництво хімічно активних іонів і вільних радикалів.Ці іони та вільні радикали реагують з іншими іонами, атомами та молекулами в газовій фазі або викликають пошкодження решітки та хімічні реакції на поверхні підкладки, а вихід активного матеріалу є функцією електронної густини, концентрації реагентів і коефіцієнта виходу.Іншими словами, вихід активного матеріалу залежить від напруженості електричного поля, тиску газу та середнього пробігу частинок у момент зіткнення.Оскільки газ-реагент у плазмі дисоціює внаслідок зіткнення високоенергетичних електронів, можна подолати бар’єр активації хімічної реакції та знизити температуру газу-реагенту.Основна відмінність між PECVD і звичайним CVD полягає в тому, що термодинамічні принципи хімічної реакції різні.Дисоціація молекул газу в плазмі є невибірковою, тому шар плівки, нанесений PECVD, повністю відрізняється від звичайного CVD.Фазовий склад, отриманий за допомогою PECVD, може бути унікальним нерівноважним, і його утворення більше не обмежується рівноважною кінетикою.Найбільш типовим шаром плівки є аморфний стан.
Особливості PECVD
(1) Низька температура осадження.
(2) Зменшити внутрішню напругу, спричинену невідповідністю коефіцієнта лінійного розширення матеріалу мембрани/основи.
(3) Швидкість осадження відносно висока, особливо осадження при низькій температурі, що сприяє отриманню аморфних і мікрокристалічних плівок.
Завдяки низькотемпературному процесу PECVD можна зменшити термічне пошкодження, зменшити взаємну дифузію та реакцію між шаром плівки та матеріалом підкладки тощо, щоб на електронні компоненти можна було наносити покриття як до їх виготовлення, так і через потребу. для переробки.Для виробництва надвеликих інтегральних схем (VLSI, ULSI) технологія PECVD успішно застосовується для формування плівки нітриду кремнію (SiN) як остаточної захисної плівки після формування електродної проводки Al, а також для сплющення та формування плівки оксиду кремнію як міжшарової ізоляції.Як тонкоплівкові пристрої, технологія PECVD також була успішно застосована для виготовлення тонкоплівкових транзисторів (TFT) для РК-дисплеїв тощо, використовуючи скло як підкладку в методі активної матриці.З розвитком інтегральних схем до більшого масштабу та вищої інтеграції та широкого використання складних напівпровідникових пристроїв PECVD потрібно виконувати при нижчій температурі та процесах з більшою енергією електронів.Щоб задовольнити цю вимогу, необхідно розробити технології, які можуть синтезувати плівки з високою площинністю при нижчих температурах.Плівки SiN і SiOx були широко вивчені 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 більш масштабних інтегральних схем тощо.
Час публікації: 08 листопада 2022 р