Ιδιότητες πλάσματος
Η φύση του πλάσματος σε χημική εναπόθεση ατμών ενισχυμένη με πλάσμα είναι ότι βασίζεται στην κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων στο πλάσμα για να ενεργοποιήσει τις χημικές αντιδράσεις στην αέρια φάση.Δεδομένου ότι το πλάσμα είναι μια συλλογή ιόντων, ηλεκτρονίων, ουδέτερων ατόμων και μορίων, είναι ηλεκτρικά ουδέτερο σε μακροσκοπικό επίπεδο.Σε ένα πλάσμα, μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας αποθηκεύεται στην εσωτερική ενέργεια του πλάσματος.Το πλάσμα αρχικά χωρίζεται σε θερμό και ψυχρό πλάσμα.στο σύστημα PECVD είναι ψυχρό πλάσμα που σχηματίζεται από εκκένωση αερίου χαμηλής πίεσης.Αυτό το πλάσμα που παράγεται από μια εκκένωση χαμηλής πίεσης κάτω από μερικές εκατοντάδες Pa είναι ένα αέριο πλάσμα μη ισορροπίας.
Η φύση αυτού του πλάσματος είναι η εξής:
(1)Η ακανόνιστη θερμική κίνηση των ηλεκτρονίων και των ιόντων υπερβαίνει την κατευθυνόμενη κίνησή τους.
(2) Η διαδικασία ιονισμού του προκαλείται κυρίως από τη σύγκρουση ταχέων ηλεκτρονίων με μόρια αερίου.
(3) Η μέση ενέργεια θερμικής κίνησης των ηλεκτρονίων είναι 1 έως 2 τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από αυτή των βαρέων σωματιδίων, όπως τα μόρια, τα άτομα, τα ιόντα και οι ελεύθερες ρίζες.
(4) Η απώλεια ενέργειας μετά τη σύγκρουση ηλεκτρονίων και βαρέων σωματιδίων μπορεί να αντισταθμιστεί από το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των συγκρούσεων.
Είναι δύσκολο να χαρακτηριστεί ένα πλάσμα μη ισορροπίας χαμηλής θερμοκρασίας με μικρό αριθμό παραμέτρων, επειδή είναι ένα πλάσμα μη ισορροπίας χαμηλής θερμοκρασίας σε ένα σύστημα PECVD, όπου η θερμοκρασία ηλεκτρονίου Te δεν είναι ίδια με τη θερμοκρασία Tj των βαρέων σωματιδίων.Στην τεχνολογία PECVD, η κύρια λειτουργία του πλάσματος είναι να παράγει χημικά ενεργά ιόντα και ελεύθερες ρίζες.Αυτά τα ιόντα και οι ελεύθερες ρίζες αντιδρούν με άλλα ιόντα, άτομα και μόρια στην αέρια φάση ή προκαλούν ζημιά στο πλέγμα και χημικές αντιδράσεις στην επιφάνεια του υποστρώματος και η απόδοση του ενεργού υλικού είναι συνάρτηση της πυκνότητας ηλεκτρονίων, της συγκέντρωσης των αντιδρώντων και του συντελεστή απόδοσης.Με άλλα λόγια, η απόδοση του ενεργού υλικού εξαρτάται από την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, την πίεση του αερίου και τη μέση ελεύθερη εμβέλεια των σωματιδίων τη στιγμή της σύγκρουσης.Καθώς το αντιδρών αέριο στο πλάσμα διασπάται λόγω της σύγκρουσης ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας, το φράγμα ενεργοποίησης της χημικής αντίδρασης μπορεί να ξεπεραστεί και η θερμοκρασία του αντιδρώντος αερίου μπορεί να μειωθεί.Η κύρια διαφορά μεταξύ του PECVD και του συμβατικού CVD είναι ότι οι θερμοδυναμικές αρχές της χημικής αντίδρασης είναι διαφορετικές.Η διάσταση των μορίων αερίου στο πλάσμα είναι μη επιλεκτική, επομένως το στρώμα μεμβράνης που εναποτίθεται από το PECVD είναι εντελώς διαφορετικό από το συμβατικό CVD.Η σύνθεση φάσης που παράγεται από το PECVD μπορεί να είναι μοναδική ως προς την ισορροπία και ο σχηματισμός της δεν περιορίζεται πλέον από την κινητική ισορροπίας.Το πιο χαρακτηριστικό στρώμα φιλμ είναι η άμορφη κατάσταση.
Χαρακτηριστικά PECVD
(1) Χαμηλή θερμοκρασία εναπόθεσης.
(2) Μειώστε την εσωτερική τάση που προκαλείται από την αναντιστοιχία του γραμμικού συντελεστή διαστολής της μεμβράνης/υλικού βάσης.
(3) Ο ρυθμός εναπόθεσης είναι σχετικά υψηλός, ιδιαίτερα η απόθεση σε χαμηλή θερμοκρασία, η οποία ευνοεί τη λήψη άμορφων και μικροκρυσταλλικών μεμβρανών.
Λόγω της διαδικασίας χαμηλής θερμοκρασίας του PECVD, η θερμική ζημιά μπορεί να μειωθεί, η αμοιβαία διάχυση και η αντίδραση μεταξύ του στρώματος μεμβράνης και του υλικού υποστρώματος μπορεί να μειωθεί κ.λπ., έτσι ώστε τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα να μπορούν να επικαλυφθούν τόσο πριν κατασκευαστούν όσο και λόγω της ανάγκης για επανεπεξεργασία.Για την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων εξαιρετικά μεγάλης κλίμακας (VLSI, ULSI), η τεχνολογία PECVD εφαρμόζεται με επιτυχία στο σχηματισμό φιλμ νιτριδίου πυριτίου (SiN) ως τελική προστατευτική μεμβράνη μετά τον σχηματισμό καλωδίωσης ηλεκτροδίου Al, καθώς και ισοπέδωση και σχηματισμός φιλμ οξειδίου του πυριτίου ως μόνωση ενδιάμεσης στιβάδας.Ως συσκευές λεπτής μεμβράνης, η τεχνολογία PECVD έχει επίσης εφαρμοστεί με επιτυχία στην κατασκευή τρανζίστορ λεπτής μεμβράνης (TFT) για οθόνες LCD κ.λπ., χρησιμοποιώντας γυαλί ως υπόστρωμα στη μέθοδο ενεργού μήτρας.Με την ανάπτυξη ολοκληρωμένων κυκλωμάτων σε μεγαλύτερη κλίμακα και υψηλότερη ολοκλήρωση και την ευρεία χρήση σύνθετων συσκευών ημιαγωγών, το PECVD απαιτείται να εκτελείται σε διαδικασίες χαμηλότερης θερμοκρασίας και υψηλότερης ενέργειας ηλεκτρονίων.Για να ικανοποιηθεί αυτή η απαίτηση, πρέπει να αναπτυχθούν τεχνολογίες που μπορούν να συνθέσουν φιλμ υψηλότερης επιπεδότητας σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.Τα φιλμ SiN και SiOx έχουν μελετηθεί εκτενώς με χρήση πλάσματος ECR και νέας τεχνολογίας χημικής εναπόθεσης ατμών πλάσματος (PCVD) με ελικοειδές πλάσμα και έχουν φτάσει σε πρακτικό επίπεδο στη χρήση μονωτικών μεμβρανών ενδιάμεσης στιβάδας για ολοκληρωμένα κυκλώματα μεγαλύτερης κλίμακας κ.λπ.
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-08-2022