Plasma tăng cường lắng đọng hơi hóa học

Thuộc tính plasma
Bản chất của plasma trong lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma là nó dựa vào động năng của các electron trong plasma để kích hoạt các phản ứng hóa học trong pha khí.Vì plasma là một tập hợp các ion, electron, nguyên tử và phân tử trung tính nên nó trung hòa về điện ở cấp độ vĩ mô.Trong plasma, một lượng lớn năng lượng được lưu trữ trong nội năng của plasma.Plasma ban đầu được chia thành plasma nóng và plasma lạnh.trong hệ thống PECVD, đó là plasma lạnh được hình thành do xả khí áp suất thấp.Plasma này được tạo ra bởi sự phóng điện áp suất thấp dưới vài trăm Pa là plasma khí không cân bằng.
Bản chất của plasma này như sau:
(1) Chuyển động nhiệt không đều của các electron và ion vượt quá chuyển động có hướng của chúng.
(2) Quá trình ion hóa của nó chủ yếu do sự va chạm của các êlectron nhanh với các phân tử khí.
(3) Năng lượng chuyển động nhiệt trung bình của electron cao hơn từ 1 đến 2 bậc độ lớn so với năng lượng chuyển động nhiệt trung bình của các hạt nặng như phân tử, nguyên tử, ion và các gốc tự do.
(4) Sự mất mát năng lượng sau va chạm của các electron và các hạt nặng có thể được bù đắp từ điện trường giữa các va chạm.
Rất khó để mô tả plasma không cân bằng nhiệt độ thấp với một số ít tham số, bởi vì nó là plasma không cân bằng nhiệt độ thấp trong hệ PECVD, trong đó nhiệt độ của electron Te không giống với nhiệt độ Tj của các hạt nặng.Trong công nghệ PECVD, chức năng chính của plasma là tạo ra các ion hoạt tính hóa học và các gốc tự do.Các ion và gốc tự do này phản ứng với các ion, nguyên tử và phân tử khác trong pha khí hoặc gây ra sự phá hủy mạng tinh thể và các phản ứng hóa học trên bề mặt chất nền, và năng suất của vật liệu hoạt tính là một hàm của mật độ điện tử, nồng độ chất phản ứng và hệ số năng suất.Nói cách khác, năng suất của vật liệu hoạt động phụ thuộc vào cường độ điện trường, áp suất khí và khoảng tự do trung bình của các hạt tại thời điểm va chạm.Khi khí chất phản ứng trong plasma phân ly do sự va chạm của các electron năng lượng cao, rào cản kích hoạt của phản ứng hóa học có thể được khắc phục và nhiệt độ của khí chất phản ứng có thể giảm xuống.Sự khác biệt chính giữa PECVD và CVD thông thường là các nguyên tắc nhiệt động lực học của phản ứng hóa học là khác nhau.Sự phân ly của các phân tử khí trong plasma là không chọn lọc, vì vậy lớp phim lắng đọng bởi PECVD hoàn toàn khác so với CVD thông thường.Thành phần pha do PECVD tạo ra có thể không cân bằng duy nhất và sự hình thành của nó không còn bị giới hạn bởi động học cân bằng.Lớp phim điển hình nhất là trạng thái vô định hình.

Tính năng PECVD
(1) Nhiệt độ lắng đọng thấp.
(2) Giảm ứng suất bên trong do sự không phù hợp của hệ số giãn nở tuyến tính của màng/vật liệu nền.
(3) Tốc độ lắng đọng tương đối cao, đặc biệt là lắng đọng ở nhiệt độ thấp, có lợi cho việc thu được màng vô định hình và vi tinh thể.

Do quy trình PECVD ở nhiệt độ thấp, có thể giảm thiệt hại do nhiệt, giảm sự khuếch tán và phản ứng lẫn nhau giữa lớp màng và vật liệu nền, v.v., do đó, các linh kiện điện tử có thể được phủ cả trước khi chúng được tạo ra hoặc do nhu cầu để làm lại.Để sản xuất các mạch tích hợp quy mô cực lớn (VLSI, ULSI), công nghệ PECVD đã được áp dụng thành công để tạo màng silicon nitride (SiN) làm màng bảo vệ cuối cùng sau khi hình thành dây điện cực Al, cũng như làm phẳng và hình thành màng oxit silic làm vật liệu cách nhiệt giữa các lớp.Là thiết bị màng mỏng, công nghệ PECVD cũng đã được áp dụng thành công để sản xuất bóng bán dẫn màng mỏng (TFT) cho màn hình LCD, v.v., sử dụng thủy tinh làm chất nền trong phương pháp ma trận hoạt động.Với sự phát triển của các mạch tích hợp ở quy mô lớn hơn và khả năng tích hợp cao hơn cũng như việc sử dụng rộng rãi các thiết bị bán dẫn hỗn hợp, PECVD bắt buộc phải được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn và các quy trình năng lượng điện tử cao hơn.Để đáp ứng yêu cầu này, các công nghệ có thể tổng hợp màng có độ phẳng cao hơn ở nhiệt độ thấp hơn sẽ được phát triển.Màng SiN và SiOx đã được nghiên cứu rộng rãi bằng cách sử dụng plasma ECR và công nghệ lắng đọng hơi hóa chất plasma (PCVD) mới với plasma xoắn ốc, và đã đạt đến mức độ thực tế trong việc sử dụng màng cách nhiệt xen kẽ cho các mạch tích hợp quy mô lớn hơn, v.v.