deposición química en fase vapor asistida por plasma

Propiedades del plasma
La naturaleza del plasma en la deposición química en fase vapor asistida por plasma radica en que se basa en la energía cinética de los electrones para activar las reacciones químicas en la fase gaseosa. Dado que el plasma es una colección de iones, electrones, átomos neutros y moléculas, es eléctricamente neutro a nivel macroscópico. En el plasma, se almacena una gran cantidad de energía en su energía interna. El plasma se divide tradicionalmente 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 electrones e 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 ser compensada por el campo eléctrico entre colisiones.
Es difícil caracterizar un plasma de no equilibrio a baja temperatura con un número reducido de parámetros, ya que se trata de un plasma de no equilibrio a 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 y radicales libres químicamente activos. Estos iones y radicales libres reaccionan con otros iones, átomos y moléculas en la fase gaseosa, o bien provocan daños en la red cristalina y reacciones químicas en la superficie del sustrato. El rendimiento del material activo depende de la densidad electrónica, la concentración de reactivos y el coeficiente de rendimiento. En otras palabras, el rendimiento del material activo depende de la intensidad del campo eléctrico, la presión del gas y el alcance 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 PECVD y CVD convencional radica 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 depositada mediante PECVD es completamente distinta a la obtenida mediante CVD convencional. La composición de fases producida por PECVD puede ser singular, sin estar en equilibrio, y su formación ya no está limitada por la cinética de equilibrio. La capa más típica es de estado amorfo.

Características de PECVD
(1) Baja temperatura de deposición.
(2) Reducir la tensión interna causada por la diferencia en el 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.

Debido al proceso de baja temperatura de PECVD, se puede reducir el daño térmico, la difusión mutua y la reacción entre la capa de película y el material del sustrato, etc., de modo que los componentes electrónicos se pueden recubrir tanto antes de su fabricación como debido a la necesidad de retrabajo. Para la fabricación de circuitos integrados de ultra gran escala (VLSI, ULSI), la tecnología PECVD se aplica con éxito a la formación de película de nitruro de silicio (SiN) como película protectora final después de la formación del cableado de electrodos de Al, así como al aplanamiento y la formación de película de óxido de silicio como aislamiento 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, se requiere que el PECVD se realice a menor temperatura y con procesos de mayor energía de electrones. Para satisfacer este requisito, es necesario desarrollar tecnologías que puedan sintetizar películas más planas a temperaturas más bajas. Las películas de SiN y SiOx se han estudiado exhaustivamente utilizando plasma ECR y una nueva tecnología de deposición química de vapor por plasma (PCVD) con un plasma helicoidal, y han alcanzado un nivel práctico en el uso de películas de aislamiento entre capas para circuitos integrados a mayor escala, etc.