Deposición química de vapor mejorada con plasma

Propiedades del plasma
La naturaleza del plasma en la deposición química en fase vapor mejorada con plasma reside en que se basa en la energía cinética de sus electrones para activar las reacciones químicas en fase gaseosa. Dado que el plasma está compuesto por iones, electrones, átomos y moléculas neutros, es eléctricamente neutro a nivel macroscópico. En un plasma, se almacena una gran cantidad de energía en su interior. El plasma se divide inicialmente en plasma caliente y plasma frío. En el sistema PECVD, el plasma frío se forma mediante una descarga de gas a baja presión. Este plasma, producido por una descarga a baja presión inferior a unos pocos cientos de Pa, es un plasma gaseoso en desequilibrio.
La naturaleza de este plasma es la siguiente:
(1)El movimiento térmico irregular de los electrones y los iones excede su movimiento dirigido.
(2) Su proceso de ionización es causado principalmente por la colisión de electrones rápidos con moléculas de gas.
(3) La energía de movimiento térmico promedio de los electrones es de 1 a 2 órdenes de magnitud mayor que la de las partículas pesadas, como moléculas, átomos, iones y radicales libres.
(4) La pérdida de energía después de la colisión de electrones y partículas pesadas puede compensarse mediante el campo eléctrico entre colisiones.
Es difícil caracterizar un plasma de desequilibrio de baja temperatura con un número reducido de parámetros, ya que se trata de un plasma de desequilibrio de baja temperatura en un sistema PECVD, donde la temperatura electrónica Te no coincide con la temperatura Tj de las partículas pesadas. En la tecnología PECVD, la función principal del plasma es producir iones químicamente activos y radicales libres. Estos iones y radicales libres reaccionan con otros iones, átomos y moléculas en fase gaseosa o causan daño reticular y reacciones químicas en la superficie del sustrato, y la producción de material activo depende de la densidad electrónica, la concentración de reactivo y el coeficiente de rendimiento. En otras palabras, la producción de material activo depende de la intensidad del campo eléctrico, la presión del gas y el rango libre promedio de las partículas en el momento de la colisión. A medida que el gas reactivo en el plasma se disocia debido a la colisión de electrones de alta energía, se puede superar la barrera de activación de la reacción química y reducir la temperatura del gas reactivo. La principal diferencia entre la PECVD y la CVD convencional reside en los principios termodinámicos de la reacción química. La disociación de las moléculas de gas en el plasma no es selectiva, por lo que la capa de película depositada mediante PECVD es completamente distinta a la de la CVD convencional. La composición de fases producida por PECVD puede ser única en condiciones de no equilibrio, y su formación ya no está limitada por la cinética de equilibrio. La capa de película más típica es la de estado amorfo.

Características de PECVD
(1) Baja temperatura de deposición.
(2) Reducir la tensión interna causada por el desajuste del coeficiente de expansión lineal de la membrana/material base.
(3) La tasa de deposición es relativamente alta, especialmente la deposición a baja temperatura, lo que favorece la obtención de películas amorfas y microcristalinas.

Gracias al proceso de baja temperatura de PECVD, se pueden reducir el daño térmico, la difusión mutua y la reacción entre la película y el material del sustrato, etc., de modo que los componentes electrónicos pueden recubrirse antes de su fabricación o cuando no sea necesario rehacerlos. Para la fabricación de circuitos integrados de ultra gran escala (VLSI, ULSI), la tecnología PECVD se aplica con éxito a la formación de una película de nitruro de silicio (SiN) como película protectora final tras la formación del cableado de electrodos de aluminio, así como al aplanamiento y la formación de una película de óxido de silicio como aislante entre capas. Como dispositivos de película delgada, la tecnología PECVD también se ha aplicado con éxito a la fabricación de transistores de película delgada (TFT) para pantallas LCD, etc., utilizando vidrio como sustrato en el método de matriz activa. Con el desarrollo de circuitos integrados a mayor escala y mayor integración, y el uso generalizado de dispositivos semiconductores compuestos, la PECVD se requiere realizar a menor temperatura y con mayor energía electrónica. Para satisfacer este requisito, se desarrollarán tecnologías que permitan sintetizar películas de mayor planitud a menor temperatura. Las películas de SiN y SiOx se han estudiado ampliamente utilizando plasma ECR y una nueva tecnología de deposición química de vapor de plasma (PCVD) con un plasma helicoidal, y han alcanzado un nivel práctico en el uso de películas de aislamiento entre capas para circuitos integrados de mayor escala, etc.