Plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidung

Plasmaeigenschaften
Die Natur des Plasmas bei der plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung besteht darin, dass es auf der kinetischen Energie der Elektronen im Plasma beruht, um die chemischen Reaktionen in der Gasphase zu aktivieren.Da Plasma eine Ansammlung von Ionen, Elektronen, neutralen Atomen und Molekülen ist, ist es auf makroskopischer Ebene elektrisch neutral.In einem Plasma wird eine große Energiemenge in der inneren Energie des Plasmas gespeichert.Plasma wird ursprünglich in heißes Plasma und kaltes Plasma unterteilt.Im PECVD-System handelt es sich um kaltes Plasma, das durch Niederdruck-Gasentladung gebildet wird.Dieses durch eine Niederdruckentladung unterhalb einiger hundert Pa erzeugte Plasma ist ein Nichtgleichgewichtsgasplasma.
Die Beschaffenheit dieses Plasmas ist wie folgt:
(1) Die unregelmäßige thermische Bewegung von Elektronen und Ionen übersteigt ihre gerichtete Bewegung.
(2) Sein Ionisierungsprozess wird hauptsächlich durch die Kollision schneller Elektronen mit Gasmolekülen verursacht.
(3) Die durchschnittliche thermische Bewegungsenergie von Elektronen ist 1 bis 2 Größenordnungen höher als die von schweren Teilchen wie Molekülen, Atomen, Ionen und freien Radikalen.
(4) Der Energieverlust nach der Kollision von Elektronen und schweren Teilchen kann durch das elektrische Feld zwischen den Kollisionen ausgeglichen werden.
Es ist schwierig, ein Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasma mit einer kleinen Anzahl von Parametern zu charakterisieren, da es sich um ein Niedertemperatur-Nichtgleichgewichtsplasma in einem PECVD-System handelt, bei dem die Elektronentemperatur Te nicht mit der Temperatur Tj der schweren Teilchen übereinstimmt.Bei der PECVD-Technologie besteht die Hauptfunktion des Plasmas darin, chemisch aktive Ionen und freie Radikale zu erzeugen.Diese Ionen und freien Radikale reagieren mit anderen Ionen, Atomen und Molekülen in der Gasphase oder verursachen Gitterschäden und chemische Reaktionen auf der Substratoberfläche. Die Ausbeute an aktivem Material ist eine Funktion der Elektronendichte, der Reaktantenkonzentration und des Ausbeutekoeffizienten.Mit anderen Worten: Die Ausbeute an aktivem Material hängt von der elektrischen Feldstärke, dem Gasdruck und der durchschnittlichen freien Reichweite der Partikel zum Zeitpunkt der Kollision ab.Da das Reaktionsgas im Plasma durch die Kollision hochenergetischer Elektronen dissoziiert, kann die Aktivierungsbarriere der chemischen Reaktion überwunden und die Temperatur des Reaktionsgases gesenkt werden.Der Hauptunterschied zwischen PECVD und herkömmlichem CVD besteht darin, dass die thermodynamischen Prinzipien der chemischen Reaktion unterschiedlich sind.Die Dissoziation von Gasmolekülen im Plasma ist nicht selektiv, sodass sich die durch PECVD abgeschiedene Filmschicht völlig von der herkömmlichen CVD unterscheidet.Die durch PECVD erzeugte Phasenzusammensetzung kann einzigartig im Nichtgleichgewicht sein und ihre Bildung wird nicht mehr durch die Gleichgewichtskinetik begrenzt.Die typischste Filmschicht liegt im amorphen Zustand vor.

PECVD-Funktionen
(1) Niedrige Abscheidungstemperatur.
(2) Reduzieren Sie die innere Spannung, die durch die Nichtübereinstimmung des linearen Ausdehnungskoeffizienten der Membran/des Basismaterials verursacht wird.
(3) Die Abscheidungsrate ist relativ hoch, insbesondere die Abscheidung bei niedriger Temperatur, was der Erzielung amorpher und mikrokristalliner Filme förderlich ist.

Aufgrund des Niedertemperaturprozesses von PECVD können thermische Schäden reduziert, gegenseitige Diffusion und Reaktion zwischen Filmschicht und Substratmaterial usw. verringert werden, sodass elektronische Komponenten sowohl vor ihrer Herstellung als auch bei Bedarf beschichtet werden können zur Nacharbeit.Bei der Herstellung ultragroßer integrierter Schaltkreise (VLSI, ULSI) wird die PECVD-Technologie erfolgreich zur Bildung eines Siliziumnitridfilms (SiN) als letztem Schutzfilm nach der Bildung der Al-Elektrodenverdrahtung sowie zur Glättung usw. eingesetzt Bildung eines Siliziumoxidfilms als Zwischenschichtisolierung.Als Dünnschichtgeräte wurde die PECVD-Technologie auch erfolgreich bei der Herstellung von Dünnschichttransistoren (TFTs) für LCD-Displays usw. eingesetzt, wobei Glas als Substrat im Aktivmatrixverfahren verwendet wurde.Mit der Entwicklung integrierter Schaltkreise in größerem Maßstab und mit höherer Integration sowie der weit verbreiteten Verwendung von Verbindungshalbleiterbauelementen muss PECVD bei Prozessen mit niedrigeren Temperaturen und höherer Elektronenenergie durchgeführt werden.Um dieser Anforderung gerecht zu werden, sollen Technologien entwickelt werden, die Folien mit höherer Ebenheit bei niedrigeren Temperaturen synthetisieren können.Die SiN- und SiOx-Filme wurden umfassend unter Verwendung von ECR-Plasma und einer neuen Plasma-Chemical-Vapour-Deposition-Technologie (PCVD) mit einem helikalen Plasma untersucht und haben ein praktisches Niveau bei der Verwendung von Zwischenschicht-Isolierfilmen für größere integrierte Schaltkreise usw. erreicht.