Proprietà del plasma
La natura del plasma nella deposizione chimica da vapore potenziata dal plasma è che si basa sull'energia cinetica degli elettroni nel plasma per attivare le reazioni chimiche nella fase gassosa.Poiché il plasma è un insieme di ioni, elettroni, atomi neutri e molecole, è elettricamente neutro a livello macroscopico.In un plasma, una grande quantità di energia è immagazzinata nell'energia interna del plasma.Il plasma è originariamente diviso in plasma caldo e plasma freddo.nel sistema PECVD è il plasma freddo che si forma mediante scarico di gas a bassa pressione.Questo plasma prodotto da una scarica a bassa pressione inferiore a poche centinaia di Pa è un plasma gassoso non in equilibrio.
La natura di questo plasma è la seguente:
(1) Il moto termico irregolare di elettroni e ioni supera il loro moto diretto.
(2) Il suo processo di ionizzazione è causato principalmente dalla collisione di elettroni veloci con molecole di gas.
(3) L'energia media del movimento termico degli elettroni è da 1 a 2 ordini di grandezza superiore a quella delle particelle pesanti, come molecole, atomi, ioni e radicali liberi.
(4) La perdita di energia dopo la collisione di elettroni e particelle pesanti può essere compensata dal campo elettrico tra le collisioni.
È difficile caratterizzare un plasma di non equilibrio a bassa temperatura con un piccolo numero di parametri, perché è un plasma di non equilibrio a bassa temperatura in un sistema PECVD, dove la temperatura dell'elettrone Te non è la stessa della temperatura Tj delle particelle pesanti.Nella tecnologia PECVD, la funzione primaria del plasma è quella di produrre ioni chimicamente attivi e radicali liberi.Questi ioni e radicali liberi reagiscono con altri ioni, atomi e molecole nella fase gassosa o causano danni al reticolo e reazioni chimiche sulla superficie del substrato e la resa del materiale attivo è una funzione della densità elettronica, della concentrazione dei reagenti e del coefficiente di resa.In altre parole, la resa di materiale attivo dipende dall'intensità del campo elettrico, dalla pressione del gas e dal raggio libero medio delle particelle al momento della collisione.Poiché il gas reagente nel plasma si dissocia a causa della collisione di elettroni ad alta energia, la barriera di attivazione della reazione chimica può essere superata e la temperatura del gas reagente può essere ridotta.La principale differenza tra PECVD e CVD convenzionale è che i principi termodinamici della reazione chimica sono diversi.La dissociazione delle molecole di gas nel plasma non è selettiva, quindi lo strato di pellicola depositato da PECVD è completamente diverso dal CVD convenzionale.La composizione di fase prodotta da PECVD può essere unica in caso di non equilibrio e la sua formazione non è più limitata dalla cinetica di equilibrio.Lo strato di pellicola più tipico è lo stato amorfo.
Caratteristiche PECVD
(1) Bassa temperatura di deposizione.
(2) Ridurre lo stress interno causato dalla mancata corrispondenza del coefficiente di espansione lineare del materiale membrana/base.
(3) La velocità di deposizione è relativamente elevata, in particolare la deposizione a bassa temperatura, che favorisce l'ottenimento di pellicole amorfe e microcristalline.
A causa del processo a bassa temperatura di PECVD, è possibile ridurre il danno termico, la diffusione reciproca e la reazione tra lo strato di pellicola e il materiale del substrato, ecc., in modo che i componenti elettronici possano essere rivestiti sia prima che vengano realizzati o per necessità per la rielaborazione.Per la produzione di circuiti integrati su larga scala (VLSI, ULSI), la tecnologia PECVD viene applicata con successo alla formazione del film di nitruro di silicio (SiN) come film protettivo finale dopo la formazione del cablaggio dell'elettrodo di Al, nonché all'appiattimento e alla formazione di una pellicola di ossido di silicio come isolante intermedio.In quanto dispositivi a film sottile, la tecnologia PECVD è stata applicata con successo anche alla produzione di transistor a film sottile (TFT) per display LCD, ecc., utilizzando il vetro come substrato nel metodo a matrice attiva.Con lo sviluppo di circuiti integrati su scala più ampia e una maggiore integrazione e l'ampio utilizzo di dispositivi a semiconduttore composto, è necessario eseguire PECVD a temperature inferiori e processi a energia elettronica più elevata.Per soddisfare questo requisito, devono essere sviluppate tecnologie in grado di sintetizzare film di maggiore planarità a temperature inferiori.I film SiN e SiOx sono stati ampiamente studiati utilizzando il plasma ECR e una nuova tecnologia di deposizione chimica da vapore al plasma (PCVD) con un plasma elicoidale e hanno raggiunto un livello pratico nell'uso di film isolanti interstrato per circuiti integrati su larga scala, ecc.
Tempo di pubblicazione: Nov-08-2022