Luận án thuộc tính plasma ion hóa yếu va chạm electron khí TRIES - ĐH SPKT Hưng Yên

Nghiên cứu xác định các thuộc tính plasma ion hóa yếu khi va chạm electron trong phân tử khí, mở ra tiềm năng ứng dụng đột phá chế tạo vi mạch bán dẫn.

• Tác giả: Phan Thị Tươi
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Anh Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
• Đề tài: Xác định các thuộc tính plasma ion hóa yếu trong va chạm electron của phân tử khí TRIES và khả năng ứng dụng trong công nghệ chế tạo vi mạch
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hưng Yên

Tóm tắt

I. Tổng quan thuộc tính plasma va chạm electron phân tử khí TRIES

Khí Triethoxysilane hay TRIES là tiền chất hữu cơ quan trọng trong công nghệ bán dẫn. Hợp chất này sở hữu công thức hóa học SiH(OC2H5)3. Khí TRIES được sử dụng phổ biến để chế tạo màng mỏng điện môi SiO2 chất lượng cao. Plasma nhiệt độ thấp của TRIES chứa nhiều hạt mang điện và gốc tự do hoạt tính. Các electron tự do nhận năng lượng từ điện trường ngoài. Hạt electron va chạm liên tục với các phân tử khí TRIES trung hòa. Hiện tượng này làm phát sinh các phản ứng ion hóa, phân ly và kích thích năng lượng. Việc xác định thuộc tính plasma ion hóa yếu giữ vai trò quyết định hiệu quả công nghệ. Nhóm tác giả tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã thực hiện đề tài nghiên cứu này. Nghiên cứu tập trung giải mã toàn diện các thông số động học của electron trong khí TRIES. Dữ liệu thực nghiệm kết hợp tính toán số mở ra nền tảng mới cho mô phỏng công nghệ plasma. Quy trình hỗ trợ kiểm soát chất lượng màng mỏng bán dẫn ở cấp độ nguyên tử. Các kỹ sư có thể tối ưu hóa thiết bị phóng điện mà không tốn kém chi phí thử nghiệm.

1.1. Bản chất plasma ion hóa yếu và tiền chất khí TRIES

Plasma ion hóa yếu có mật độ ion và electron thấp hơn nhiều so với hạt trung hòa. Tỷ lệ ion hóa thường chỉ dao động từ mười mũ trừ sáu đến mười mũ trừ bốn. Các electron sở hữu nhiệt độ rất cao trong khi ion và khí vẫn ở trạng thái nguội. Điều này tạo điều kiện kích hoạt các phản ứng hóa học ở nhiệt độ phòng. Tiền chất khí TRIES là hợp chất silicon hữu cơ có áp suất hơi tương đối cao. Khí này rất an toàn và ít độc hại hơn silane truyền thống. Khi đưa vào buồng phản ứng plasma, phân tử TRIES bị bẻ gãy liên kết bởi va chạm electron. Quá trình giải phóng các gốc hoạt tính chứa silic và oxy cần thiết cho quá trình tạo màng.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu thuộc tính plasma tại ĐH SPKT Hưng Yên

Đề tài luận án tiến sĩ tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên hướng tới mục tiêu then chốt. Nghiên cứu xác định đầy đủ các thuộc tính plasma cơ bản của phân tử TRIES. Các thông số gồm tiết diện tán xạ động lượng, kích thích và ion hóa. Tác giả Phan Thị Tươi cùng các giáo viên hướng dẫn đã xây dựng mô hình tính toán chuẩn xác. Công trình cung cấp bức tranh hoàn chỉnh về chuyển động của electron trong khí TRIES và hỗn hợp khí. Sự kết hợp giữa TRIES với O2, Ar, Kr, Xe, He và Ne được đánh giá chi tiết. Kết quả này lấp đầy khoảng trống dữ liệu thực nghiệm tồn tại nhiều năm qua. Đây là cơ sở khoa học tin cậy cho cộng đồng nghiên cứu công nghệ vi điện tử.

II. Phân tích va chạm electron phân tử khí TRIES tại ĐH SPKT Hưng Yên

Quá trình va chạm giữa electron và phân tử khí TRIES diễn ra vô cùng phức tạp. Phân tử TRIES có cấu trúc đa nguyên tử lớn và liên kết không gian phức tạp. Khi electron va chạm, nhiều quá trình trao đổi năng lượng diễn ra đồng thời. Các quá trình bao gồm va chạm đàn hồi, kích thích dao động, kích thích điện tử và ion hóa trực tiếp. Trước nghiên cứu này, bộ số liệu về tiết diện va chạm của TRIES hầu như chưa hoàn thiện. Sự thiếu hụt này gây cản trở lớn cho việc mô phỏng plasma trên máy tính. Các kỹ sư không thể dự đoán chính xác sự biến đổi của dòng hạt trong lò lắng đọng. Hơn nữa, hành vi của electron biến đổi phi tuyến tính theo tỷ số điện trường trên mật độ hạt E/N. Khi tỷ số E/N thay đổi từ giá trị thấp đến cao, cơ chế truyền năng lượng đổi khác hoàn toàn. Va chạm đàn hồi chiếm ưu thế ở năng lượng thấp, trong khi quá trình ion hóa bùng nổ ở điện trường mạnh. Việc thiếu dữ liệu kiểm chứng thực nghiệm làm chậm quá trình làm chủ công nghệ bán dẫn trong nước. Do đó, bài toán đặt ra đòi hỏi phải chuẩn hóa hệ thống thông số tán xạ một cách khoa học và hệ thống.

2.1. Thách thức trong xác định tiết diện va chạm electron

Xác định tiết diện va chạm electron của phân tử khí TRIES đối mặt với nhiều rào cản kỹ thuật. Phân tử TRIES dễ bị ngưng tụ và phân hủy khi điều kiện nhiệt độ không chuẩn. Thao tác đo đạc tán xạ chùm electron đòi hỏi hệ chân không siêu cao cực kỳ đắt tiền. Các sai số trong đo lường thường dẫn đến sự sai lệch của các hệ số truyền dẫn. Hơn nữa, việc phân tách giữa tiết diện kích thích rung động và kích thích điện tử rất khó khăn. Dữ liệu tán xạ tổng cộng không thể phản ánh chi tiết từng kênh phản ứng riêng biệt. Nếu không có bộ tiết diện tin cậy, mọi mô phỏng động lực học plasma đều mất đi giá trị ứng dụng.

2.2. Sự biến thiên của các hệ số chuyển động electron

Các hệ số chuyển động electron phản ánh sự đáp ứng của plasma dưới tác động điện trường ngoài. Các đại lượng chủ chốt bao gồm tốc độ dịch chuyển W và hệ số khuếch tán dọc NDL. Tỷ lệ khuếch tán trên độ linh động DL/mu thể hiện năng lượng trung bình của electron. Trong khí TRIES nguyên chất, tốc độ dịch chuyển biến đổi mạnh theo điện trường rút gọn E/N. Khi nạp thêm các khí mang như Ar hoặc O2, các thông số này thay đổi đáng kể. Khí trơ làm tăng năng lượng electron do tiết diện va chạm phi đàn hồi thấp. Ngược lại, oxy kích hoạt quá trình bắt giữ electron tạo thành ion âm. Sự bất đối xứng trong chuyển động electron đòi hỏi phân tích định lượng chuyên sâu và chuẩn xác.

III. Phương pháp tính thuộc tính plasma va chạm electron khí TRIES

Để giải quyết bài toán tán xạ, nhóm nghiên cứu tại ĐH SPKT Hưng Yên ứng dụng phương pháp giải phương trình động học Boltzmann. Phương pháp sử dụng phép xấp xỉ hai số hạng để khai triển hàm phân bố năng lượng electron. Kỹ thuật số này cho phép xử lý chính xác tương tác giữa chùm electron và phân tử khí trong dải E/N từ 0,01 đến 1000 Td. Bộ tiết diện va chạm ban đầu được thiết lập dựa trên nguyên lý bảo toàn động lượng và số liệu thực nghiệm. Tiếp theo, các hệ số chuyển động được tính toán lặp và đối soát với số liệu xung dòng chảy điện tử. Thuật toán điều chỉnh ngược giúp tinh chỉnh các giá trị tiết diện tán xạ chưa rõ ràng. Không dừng lại ở khí nguyên chất, phương pháp mở rộng cho các hỗn hợp đa thành phần như TRIES-O2 và TRIES kết hợp khí hiếm. Toàn bộ chu trình tính toán được lập trình tự động hóa với độ hội tụ cao. Kết quả thu được đảm bảo tính nhất quán nhiệt động lực học và độ chính xác vật lý. Đây là bước đột phá phương pháp luận giúp giảm thiểu phụ thuộc vào các phép đo thực nghiệm tốn kém.

3.1. Ứng dụng phương trình Boltzmann hai số hạng

Phương trình động học Boltzmann giữ vai trò cốt lõi trong việc miêu tả hàm phân bố năng lượng electron EEDF. Phép xấp xỉ hai số hạng chia hàm phân bố thành phần đẳng hướng và phần dị hướng bậc một. Cách tiếp cận này đặc biệt hiệu quả trong môi trường plasma ion hóa yếu có điện trường vừa phải. Thuật toán giải số tích phân vi phân xác định chính xác tỷ lệ tán xạ năng lượng. Nhờ đó, các thông số vĩ mô như độ linh động và hệ số khuếch tán được suy ra trực tiếp từ tiết diện vi mô. Độ chính xác của nghiệm số được bảo đảm qua các thuật toán lặp hội tụ cao. Mô hình tính toán phản ánh trọn vẹn bản chất chuyển động hạt mang điện.

3.2. Tính toán trên dải điện trường rút gọn E N rộng

Dải giá trị E/N được khảo sát trải rộng từ 0,01 Td đến 1000 Td. Đây là dải thông số toàn diện nhất từng được công bố cho phân tử khí TRIES. Ở dải E/N thấp dưới 1 Td, tán xạ đàn hồi chiếm ưu thế tuyệt đối khiến electron mất mát ít năng lượng. Khi E/N tăng từ 1 Td đến 100 Td, các kênh kích thích dao động phân tử bắt đầu hoạt động mạnh mẽ. Tại vùng E/N cao trên 100 Td, quá trình ion hóa Townsend bùng phát làm gia tăng nhanh chóng mật độ electron tự do. Dữ liệu tính toán chi tiết tại từng mốc E/N cung cấp hệ quy chiếu vật lý chuẩn xác. Nhờ đó, các kỹ sư dễ dàng lựa chọn chế độ phóng điện tối ưu.

IV. Ứng dụng thuộc tính plasma khí TRIES trong chế tạo vi mạch điện tử

Kết quả xác định thuộc tính plasma của khí TRIES mang lại giá trị ứng dụng to lớn trong kỹ thuật vi điện tử. Dữ liệu này là chìa khóa để hoàn thiện công nghệ lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma PECVD. Trong hệ thống PECVD, màng mỏng cách điện SiO2 được tạo ra nhờ phản ứng giữa TRIES và oxy hoạt hóa. Việc kiểm soát chính xác năng lượng electron giúp giảm thiểu tối đa khuyết tật cấu trúc màng mỏng. Quá trình lắng đọng diễn ra ở nhiệt độ thấp bảo vệ an toàn cho các lớp vật liệu nhạy cảm bên dưới đế bán dẫn. Thêm vào đó, việc pha trộn khí hiếm như Argon hay Neon giúp ổn định mật độ plasma và tăng tốc độ phủ màng. Các vi mạch bán dẫn chế tạo từ quy trình này đạt độ đồng đều cao, độ bền điện môi vượt trội và độ rò rỉ dòng điện cực thấp. Luận án tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã đóng góp nền tảng khoa học vững chắc cho ngành vi mạch. Công trình mở ra hướng phát triển các vật liệu điện môi k thấp phục vụ chip nhớ và bộ xử lý thế hệ mới.

4.1. Tối ưu hóa công nghệ lắng đọng hơi hóa học PECVD

Công nghệ PECVD đòi hỏi kiểm soát nghiêm ngặt áp suất và công suất nguồn cao tần RF. Bộ thông số thuộc tính plasma từ nghiên cứu hỗ trợ trực tiếp việc tinh chỉnh buồng phản ứng. Khi hiểu rõ tốc độ dịch chuyển và hệ số ion hóa, kỹ sư có thể duy trì mật độ plasma đồng nhất trên diện tích đế lớn. Điều này ngăn ngừa hiện tượng phóng điện cục bộ và giảm thiểu hư hại bề mặt vi mạch. Tốc độ phát triển màng SiO2 được kiểm soát chính xác ở quy mô nanomet. Màng thu được sở hữu độ bám dính tuyệt vời và không xuất hiện các lỗ xốp tế vi. Hiệu suất tổng hợp vật liệu tăng lên rõ rệt trong khi lượng khí tiêu thụ giảm đáng kể.

4.2. Ý nghĩa đối với ngành chế tạo linh kiện bán dẫn

Chế tạo vi mạch hiện đại đòi hỏi các lớp cách điện có hằng số điện môi thấp và độ tinh khiết cao. Việc ứng dụng khí TRIES thay thế TEOS hoặc silane mang lại giải pháp công nghệ thân thiện và an toàn hơn. Các kết quả nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên tạo tiền đề tự chủ công nghệ mô phỏng vật liệu bán dẫn. Doanh nghiệp và viện nghiên cứu có thể sử dụng bộ dữ liệu để thiết kế các phần mềm chuyên dụng phục vụ công nghiệp vi mạch. Đây là bước đi chiến lược nhằm nâng cao năng lực sản xuất linh kiện điện tử trong nước, thúc đẩy nghiên cứu vật liệu tiên tiến bắt kịp xu thế công nghệ thế giới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của luận án đƣợc trình bày trong 03 chƣơng và kết luận chung của luận án. Chƣơng 1: Tổng quan về ứng dụng công nghệ plasma trong kỹ thuật vi điện tử. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết để tính toán dữ liệu đầu vào tạo nguồn plasma Chƣơng 3: Bộ tiết diện va chạm electron , hệ số chuyển động của khí TRIES với các chất khí khác nhau. Kết luận chung của luận án.

5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PLASMA TRONG KỸ THUẬT VI ĐIỆN TỬ 1.1 Giới thiệu tổng quan về plasma trong chế tạo vi mạch điện tử 1.1 Khái niệm và phân loại plasma a. Khái niệm về Plasma Plasma là một trong bốn trạng thái cơ bản của vật chất, và đƣợc nhà hóa học Irving Langmuir mô tả lần đầu tiên trong những năm 1928 [27]. Nó bao gồm chất khí gồm các ion, các nguyên tử mất một số electron trên quỹ đạo và các electron tự do. Hơn 99% vật chất trong vũ trụ nhìn thấy là ở trạng thái plasma.

Thực tế các ngôi sao, cũng nhƣ tất cả các ngôi sao có thể nhìn thấy, đang ở trạng thái plasma. Phân loại plasma Phân loại plasma dựa vào nhiệt độ của điện tử, plasma đƣợc chia thành: plasma nóng và plasma không nhiệt (hay còn gọi là plasma lạnh) [1, 54].  Plasma nóng Plasma nóng bao gồm các ion âm và các hạt tích điện nặng, nằm trong trạng thái cân bằng nhiệt với nhau, tức là cả hai đều ở cùng nhiệt độ [26]. Plasma nóng là nhiệt động lực học và có thể tìm thấy rất nhiều trong vũ trụ [39].

Plasma nóng đƣợc áp dụng trong công nghiệp trên phạm vi rộng. Những thành tựu kinh tế mới là luyện kim, phun phủ plasma, ngƣng tụ hơi vật lý, hóa học và loại bỏ các chất độc hại. Công nghệ plasma nóng hiện nay chủ yếu bao gồm hồ quang điện, plasma có tốc độ cao phản ứng hạt nhân plasma nhiệt độ siêu cao và plasma xung phóng điện.  Plasma không nhiệt Plasmas không nhiệt có điện tử ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với các hạt tích điện nặng.

Plasma không nhiệt không giống nhƣ trạng thái cân bằng nhiệt động lực học [41]. Các nguồn ion thông thƣờng bao gồm máy phát plasma để tách và tăng tốc ion [19]. Các kỹ thuật đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong máy phát điện plasma để tạo ra phóng điện là điện tử cộng hƣởng cyclotron và nguồn ion hóa tần số vi sóng 6 [51]. Trong những năm gần đây, công nghệ plasma đang phát triển nhanh chóng cho các ứng dụng công nghiệp cũng nhƣ thƣơng mại.

Công nghệ plasma có một ứng dụng mạnh mẽ để sử dụng trong quá trình luyện kim, các công cụ công nghệ nano.2 Một số dạng phóng điện tạo plasma a. Phóng điện phát sáng một chiều ( DC) Phóng điện phát sáng một chiều thuộc về plasma không nhiệt, trong đó dòng điện một chiều (Direct current discharges: DC) là nguồn điện kết nối giữa tấm cực âm và cực dƣơng ở giữa là các hỗn hợp khí để tạo plasma nhƣ hình vẽ 1.1 Hệ thống phóng điện phát sáng một chiều Khi ta cấp điện trƣờng một chiều vào cực dƣơng và cực âm gây ra gia tốc của electron ở cửa catốt trƣớc, làm tăng va chạm không đàn hồi giữa nguyên tử và electron, dẫn đến sự ion hóa và kích thích. Các ion và các electron mới đƣợc tạo ra do va chạm ion hóa đƣợc tăng tốc mạnh bởi điện trƣờng về phía catốt phóng điện tử mới bằng cách ion hóa thông qua sự phát xạ điện tử thứ cấp. Sự gia tăng các va chạm ion hóa làm tăng nồng độ của các điện tử và ion mới tại catốt tạo nên sự 7 phóng điện phát sáng của plasma tự duy trì.

Các điện tử phát ra từ các điện cực thƣờng không thể duy trì sự phóng điện khi không có hiệu điện thế giữa các điện cực. Điều này có thể đƣợc sử dụng rộng rãi cho xử lý vật liệu, nhƣ một nguồn sáng, khắc, lắng đọng ion và cho cơ chế vật lý của quá trình biến đổi bề mặt [27]. Phóng điện RF Plasma phóng điện phát sáng tần số radio (radio-frequency discharges: RF- D) là một trong các nguồn plasma đƣợc sử dụng rộng rãi nhất trong quá trình chế tạo vật liệu [1]. Để duy trì phát sáng dòng điện một chiều, các điện cực phải đƣợc điều khiển.

Khi một hoặc cả hai các điện cực không dẫn điện ví dụ khi phát sáng phóng điện để sử dụng phân tích quang hóa vật liệu không dẫn điện hoặc lắng đọng màng mỏng điện môi, nơi mà các điện cực dần dần đƣợc bao phủ bằng các vật liệu cách điện, các điện cực sẽ đƣợc tích điện do sự tích tụ của điện tích dƣơng hoặc âm và sẽ phát sáng. Vấn đề này đƣợc khắc phục bằng cách đặt một điện áp xoay chiều giữa 2 điện cực để mỗi điện cực sẽ thay nhau hoạt động luân phiên cũng nhƣ cực âm và cực dƣơng chồng chất trong một nửa chu kỳ sẽ làm ít nhất một phần hạt bị trung hòa bởi điện tích trái dấu tích lũy trong một nửa chu kỳ tiếp. Thông thƣờng, phóng điện phát sáng RF sử dụng cho điện áp xoay chiều với tần số 13,56 MHz, áp suất trong quá trình phóng điện nằm từ 10-3 đến 100 Torr. Mật độ điện tử trong phóng điện phát sáng RF ở áp suất thấp (10-3 đến 1 Torr) dao động từ 109 đến 1011 cm3, còn ở áp suất trung bình (10-100 Torr) có thể đạt 1012 cm3.

Nhiệt độ điện tử là nhiều eV và nhiệt độ ion rất thấp. Plasma RF có độ đồng nhất tƣơng đối tốt. Plasma RF đƣợc ứng dụng rất thành công trong lĩnh vực lắng đọng màng mỏng tăng cƣờng bằng plasma, khắc ăn mòn plasma và trong phún xạ vật liệu cách điện. Cho đến nay plasma RF thƣờng sử dụng công nghệ hút chân không [61].2 Sự cần thiết plasma trong vi mạch điện tử 1.1 Quá trình plasma trong vi mạch điện tử Quá trình plasma đƣợc coi nhƣ là công nghệ quan trọng cho lắng đọng và khắc màng mỏng trong sản xuất các thiết bị vi điện tử.

Plasma phân tử khí hiện 8 đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp vi điện tử để lắng đọng và khắc màng mỏng. Xử lý plasma là một trong những kỹ thuật và các quy trình đƣợc sử dụng trong sản xuất mạch tích hợp [50, 90]. Tầm quan trọng của quá trình xử lý plasma cho đến nay và những phát triển trong tƣơng lai của ngành công nghiệp vi điện tử, nhằm sản xuất vi điện tử với độ tích hợp lớn hơn nhờ tạo mẫu và pha tạp nhiều lớp màng mỏng cách điện tạo ra lớp bán dẫn và lớp dẫn điện. Do đó việc lắng đọng và khắc có chọn lọc lên màng mỏng là các bƣớc cơ bản để phục vụ cho ngành công nghiệp này [43, 88].

Khắc Plasma là quy trình công nghệ quan trọng hơn, mô hình tích hợp có quy mô rất lớn dựa trên độ truyền mẫu vƣợt trội để có thể khắc plasma. Các bƣớc điển hình để tạo màng mỏng với kích thƣớc siêu nhỏ trên bề mặt có diện tích lớn gồm có 6 bƣớc nhƣ hình vẽ 1. Lắng đọng màng mỏng Lắng đọng phốt pho Tiếp xúc quang Phim Nền Phim Phim Nền Nền (a) (b) (c) Khuếch tán phốt pho Khắc plasma Chống oxy hóa Phim Nền Nền Nền (g) (d) (e) Hình 1.2 Các bước tạo một mạch tích hợp [43,88] 9 Các bƣớc cần thiết để chế tạo một mạch tích hợp đƣợc thể hiện nhƣ trong Hình 1. Tuy nhiên trong phạm vi nghiên cứu của luận án thì luận án quan tâm đến quá trình tạo nguồn plasma sau đó plasma đƣợc dùng trong trƣờng hợp để lắng đọng màng mỏng và để khắc plasma.

Vậy để có đƣợc nguồn plasma cần các thông số vật lý quan trọng, đó là: các bộ tiết diện va chạm electron và các hệ số chuyển động electron của các phân tử khí ta đƣa vào đầu tiên có thể coi là các tiền chất khí để tạo nguồn plasma. Vì khi có các thông số kỹ thuật của chất khí, chúng ta có thể xây dựng đƣợc các mô hình plasma hay các kỹ thuật plasma có thể có nhƣ: phóng xả điện một chiều, lắng đọng hơi hoá học tăng cƣờng plasma, plasma microwave. Các mô hình plasma sẽ giúp chúng ta sử dụng plasma vào từng bƣớc trong công nghệ chế tạo vi mạch. Các khí tạo plasma hay dùng là nitơ, argon, hydro, oxi, không khí nén.

Bên cạnh đó, màng mỏng Silicon dioxide (SiO2) là một trong những vật liệu quan trọng nhất sử dụng làm chất điện môi, không thể thiếu trong ngành công nghiệp bán dẫn. Sự lắng đọng hơi hóa học plasma (PECVD) đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp vi điện tử để ngƣng tụ màng mỏng [47], [25]. Vật liệu điện môi SiO2 thƣờng đƣợc lắng đọng bởi phƣơng pháp lắng đọng hơi hóa học tăng cƣờng plasma, đƣợc sử dụng làm chất điện môi liên kết hoặc làm các lớp thụ động cho mạch tích hợp. Các tiền chất thông thƣờng dùng để ngƣng tụ SiO2 phục vụ tạo lớp màng mỏng cách điện là SiH4 - O2 hoặc SiH4 - N2O [93].

Hiện nay có sử dụng các hợp chất hữu cơ nhƣ tatraethoxysilane (TEOS), tetramethylsilane (TMS), triethoxysilane (TRIES) lắng đọng với oxi bằng phƣơng pháp lắng đọng hơi hóa học plasma đã đƣợc sử dụng vì các hợp chất hữu cơ chứa phần tử Si và O2 không gây nguy hiểm [30, 91]. Ứng dụng sớm nhất của plasma cho việc khắc là vào năm 1960 khi các nhà nghiên cứu plasma dùng ôxi để loại bỏ các màng chứa carbon khỏi các bề mặt (ví dụ: loại bỏ photoresist). Sau đó, các phóng điện chứa flo và clo đã đƣợc khám phá để khắc silic. Bằng phát minh đầu tiên sử dụng hỗn hợp CF4 và O2 để khắc silicon vào năm 1969 bởi Coburn và Winters [55].

Một sự phát triển quan trọng khác là việc sử dụng plasma để lắng đọng silicon nitride nhƣ một lớp thụ động (bảo vệ) 10 cho thiết bị MOS (bán dẫn oxit kim loại). Mặc dù màng silicon nitride đƣợc lắng đọng bằng plasma có nhiều đặc tính thụ động không mong muốn, nhƣng có một hạn chế khi sử dụng chúng: Các điều kiện khắc nghiệt cần thiết cho chất ăn mòn lỏng có sẵn để khắc các ô của màng nhằm kết nối điện với thiết bị bên dƣới. Để giải quyết vấn đề trên, các nhà nghiên cứu dùng plasma CF4 – O2 để khắc. Plasma đã đƣợc dùng phổ biến cho lắng đọng màng mỏng cũng nhƣ khắc với hai lý do: (1) Plasma có thể dùng ở nhiệt độ thấp (dƣới 4000 C).

(2) Màng mỏng có thể đƣợc điều chỉnh với các các đặc tính mong muốn và bất thƣờng thông qua việc vận dụng thích hợp các điều kiện lắng đọng.