プラズマ化学蒸着

プラズマの性質
プラズマ化学蒸着におけるプラズマの性質は、プラズマ内の電子の運動エネルギーに依存して気相内の化学反応を活性化することです。プラズマはイオン、電子、中性原子、分子の集合体であるため、巨視的レベルでは電気的に中性です。プラズマでは、プラズマの内部エネルギーに大量のエネルギーが蓄えられます。プラズマは本来、高温プラズマと低温プラズマに分けられます。PECVD システムでは、低圧ガスの放電によって形成される低温プラズマです。数百 Pa 以下の低圧放電によって生成されるこのプラズマは、非平衡ガス プラズマです。
このプラズマの性質は次のとおりです。
(1)電子やイオンの不規則な熱運動が、その指向運動を超えます。
(2) そのイオン化プロセスは主に高速電子とガス分子の衝突によって引き起こされます。
(3) 電子の平均熱運動エネルギーは、分子、原子、イオン、フリーラジカルなどの重粒子の平均熱運動エネルギーより 1 ～ 2 桁大きい。
（４）電子と重粒子の衝突後のエネルギー損失は、衝突間の電場から補償できる。
PECVD 装置における低温非平衡プラズマは、電子温度 Te が重粒子の温度 Tj と同じではないため、少数のパラメータで低温非平衡プラズマを特徴付けることは困難です。PECVD 技術におけるプラズマの主な機能は、化学的に活性なイオンとフリーラジカルを生成することです。これらのイオンやフリーラジカルは、気相中で他のイオン、原子、分子と反応したり、基板表面に格子損傷や化学反応を引き起こしたりするため、活性物質の収率は電子密度、反応物質の濃度、収率係数の関数となります。言い換えれば、活物質の収率は、電界強度、ガス圧力、衝突時の粒子の平均自由距離に依存します。高エネルギー電子の衝突によりプラズマ中の反応ガスが解離すると、化学反応の活性化障壁が克服され、反応ガスの温度が低下します。PECVD と従来の CVD の主な違いは、化学反応の熱力学的原理が異なることです。プラズマ中のガス分子の解離は非選択的であるため、PECVD によって堆積される膜層は従来の CVD とはまったく異なります。PECVD によって生成される相組成は非平衡独特である可能性があり、その形成は平衡速度論によって制限されなくなります。最も典型的な膜層はアモルファス状態です。

PECVDの特徴
(1) 成膜温度が低い。
(2) 膜と基材の線膨張係数の不一致に起因する内部応力を軽減します。
（３）堆積速度は比較的高く、特に低温堆積は非晶質および微結晶膜を得るのに役立つ。

PECVD の低温プロセスにより、熱損傷が軽減され、膜層と基板材料間の相互拡散や反応が軽減されるなど、電子部品の製造前または必要に応じて電子部品をコーティングすることができます。手直し用に。超大規模集積回路（VLSI、ULSI）の製造においては、Al電極配線形成後の最終保護膜として窒化シリコン膜（SiN）の形成や平坦化、表面処理にPECVD技術を適用することに成功しています。層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成します。薄膜デバイスとしては、ガラスを基板としたアクティブマトリクス方式によるLCDディスプレイなどの薄膜トランジスタ（TFT）の製造にもPECVD技術が応用され成功しています。集積回路の大規模化・高集積化と化合物半導体デバイスの普及に伴い、PECVDは低温・高電子エネルギープロセスでの実行が求められている。この要求を満たすために、より低い温度でより平坦性の高い膜を合成できる技術の開発が求められています。SiN膜やSiOx膜は、ECRプラズマやヘリカルプラズマを用いた新しいプラズマ化学気相成長（PCVD）技術などを用いて研究が進められ、大規模集積回路などの層間絶縁膜として実用レベルに達しています。