Плазменные свойства
Природа плазмы в химическом осаждении из газовой фазы с усилением плазмы заключается в том, что она зависит от кинетической энергии электронов в плазме для активации химических реакций в газовой фазе.Поскольку плазма представляет собой совокупность ионов, электронов, нейтральных атомов и молекул, она электрически нейтральна на макроскопическом уровне.В плазме большое количество энергии запасается во внутренней энергии плазмы.Плазма изначально делится на горячую плазму и холодную плазму.в системе PECVD это холодная плазма, которая образуется газовым разрядом низкого давления.Эта плазма, создаваемая разрядом низкого давления ниже нескольких сотен Па, представляет собой неравновесную газовую плазму.
Природа этой плазмы следующая:
(1) Неравномерное тепловое движение электронов и ионов превышает их направленное движение.
(2) Его процесс ионизации в основном обусловлен столкновением быстрых электронов с молекулами газа.
(3) Средняя энергия теплового движения электронов на 1-2 порядка выше, чем у тяжелых частиц, таких как молекулы, атомы, ионы и свободные радикалы.
(4) Потеря энергии после столкновения электронов и тяжелых частиц может быть компенсирована за счет электрического поля между столкновениями.
Низкотемпературную неравновесную плазму с малым числом параметров охарактеризовать сложно, так как это низкотемпературная неравновесная плазма в системе PECVD, где температура электронов Te не совпадает с температурой Tj тяжелых частиц.В технологии PECVD основной функцией плазмы является производство химически активных ионов и свободных радикалов.Эти ионы и свободные радикалы реагируют с другими ионами, атомами и молекулами в газовой фазе или вызывают повреждение решетки и химические реакции на поверхности подложки, а выход активного материала зависит от электронной плотности, концентрации реагента и коэффициента выхода.Другими словами, выход активного материала зависит от напряженности электрического поля, давления газа и среднего свободного пробега частиц в момент столкновения.Поскольку газ-реагент в плазме диссоциирует из-за столкновения высокоэнергетических электронов, можно преодолеть активационный барьер химической реакции и снизить температуру газа-реагента.Основное различие между PECVD и обычным CVD заключается в том, что термодинамические принципы химической реакции различны.Диссоциация молекул газа в плазме неизбирательна, поэтому слой пленки, нанесенный с помощью PECVD, полностью отличается от обычного CVD.Фазовый состав, полученный с помощью PECVD, может быть уникальным неравновесным, и его формирование больше не ограничивается кинетикой равновесия.Наиболее типичным пленочным слоем является аморфное состояние.
Особенности PECVD
(1) Низкая температура осаждения.
(2) Уменьшить внутреннее напряжение, вызванное несоответствием коэффициента линейного расширения материала мембраны/основы.
(3) Скорость осаждения относительно высока, особенно низкотемпературное осаждение, что способствует получению аморфных и микрокристаллических пленок.
Благодаря низкотемпературному процессу PECVD можно уменьшить тепловое повреждение, уменьшить взаимную диффузию и реакцию между слоем пленки и материалом подложки и т. д., так что электронные компоненты могут быть покрыты как до их изготовления, так и в связи с необходимостью. для переделки.Для изготовления сверхбольших интегральных схем (СБИС, ULSI) технология PECVD успешно применяется для формирования пленки нитрида кремния (SiN) в качестве конечной защитной пленки после формирования алюминиевых электродных проводов, а также выравнивания и формирование пленки оксида кремния в качестве межслойной изоляции.В качестве тонкопленочных устройств технология PECVD также успешно применялась для производства тонкопленочных транзисторов (TFT) для ЖК-дисплеев и т. Д. С использованием стекла в качестве подложки в методе активной матрицы.С развитием интегральных схем в большем масштабе и более высокой степенью интеграции, а также с широким использованием составных полупроводниковых устройств требуется, чтобы PECVD выполнялся при более низких температурах и процессах с более высокой энергией электронов.Чтобы удовлетворить это требование, должны быть разработаны технологии, которые могут синтезировать пленки с более высокой плоскостностью при более низких температурах.Пленки SiN и SiOx были тщательно изучены с использованием ЭЦР-плазмы и новой технологии плазмохимического осаждения из паровой фазы (PCVD) со спиральной плазмой и достигли практического уровня в использовании межслойных изоляционных пленок для крупномасштабных интегральных схем и т. д.
Время публикации: 08 ноября 2022 г.