Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma

Propriétés du plasma
La nature du plasma dans le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma est qu'il s'appuie sur l'énergie cinétique des électrons pour activer les réactions chimiques en phase gazeuse. Étant un ensemble d'ions, d'électrons, d'atomes neutres et de molécules, le plasma est électriquement neutre à l'échelle macroscopique. Dans un plasma, une grande quantité d'énergie est stockée dans l'énergie interne. Le plasma est initialement divisé en plasma chaud et plasma froid. Dans le système PECVD, c'est le plasma froid qui est formé par une décharge gazeuse à basse pression. Ce plasma produit par une décharge à basse pression inférieure à quelques centaines de Pa est un plasma gazeux hors équilibre.
La nature de ce plasma est la suivante :
(1)Le mouvement thermique irrégulier des électrons et des ions dépasse leur mouvement dirigé.
(2) Son processus d’ionisation est principalement causé par la collision d’électrons rapides avec des molécules de gaz.
(3) L’énergie moyenne du mouvement thermique des électrons est de 1 à 2 ordres de grandeur supérieure à celle des particules lourdes, telles que les molécules, les atomes, les ions et les radicaux libres.
(4) La perte d’énergie après la collision des électrons et des particules lourdes peut être compensée par le champ électrique entre les collisions.
Il est difficile de caractériser un plasma hors d'équilibre à basse température avec un nombre limité de paramètres, car il s'agit d'un plasma hors d'équilibre à basse température dans un système PECVD, où la température électronique Te diffère de la température Tj des particules lourdes. Dans la technologie PECVD, la fonction principale du plasma est de produire des ions et des radicaux libres chimiquement actifs. Ces ions et radicaux libres réagissent avec d'autres ions, atomes et molécules en phase gazeuse ou provoquent des dommages au réseau et des réactions chimiques à la surface du substrat. Le rendement en matériau actif dépend de la densité électronique, de la concentration en réactifs et du coefficient de rendement. Autrement dit, le rendement en matériau actif dépend de l'intensité du champ électrique, de la pression du gaz et de la distance libre moyenne des particules au moment de la collision. La dissociation du gaz réactif dans le plasma due à la collision d'électrons de haute énergie permet de surmonter la barrière d'activation de la réaction chimique et d'abaisser sa température. La principale différence entre le PECVD et le CVD conventionnel réside dans les principes thermodynamiques de la réaction chimique. La dissociation des molécules de gaz dans le plasma étant non sélective, le film déposé par PECVD est totalement différent de celui du CVD conventionnel. La composition de phase produite par PECVD peut être unique hors équilibre, et sa formation n'est plus limitée par la cinétique d'équilibre. Le film le plus courant est à l'état amorphe.

Caractéristiques du PECVD
(1) Basse température de dépôt.
(2) Réduire la contrainte interne causée par l’inadéquation du coefficient de dilatation linéaire de la membrane/du matériau de base.
(3) Le taux de dépôt est relativement élevé, en particulier le dépôt à basse température, ce qui est propice à l'obtention de films amorphes et microcristallins.

Grâce au procédé basse température du PECVD, les dommages thermiques, la diffusion mutuelle et la réaction entre la couche de film et le substrat peuvent être réduits, etc., ce qui permet de revêtir les composants électroniques avant leur fabrication ou en cas de besoin de retouche. Pour la fabrication de circuits intégrés à très grande échelle (VLSI, ULSI), la technologie PECVD est appliquée avec succès à la formation de films de nitrure de silicium (SiN) comme couche protectrice finale après la formation du câblage des électrodes en aluminium, ainsi qu'à l'aplatissement et à la formation de films d'oxyde de silicium comme isolant intercouche. Pour les dispositifs à couches minces, la technologie PECVD a également été appliquée avec succès à la fabrication de transistors à couches minces (TFT) pour écrans LCD, etc., utilisant le verre comme substrat dans la méthode à matrice active. Avec le développement des circuits intégrés à plus grande échelle et une intégration plus poussée, et l'utilisation généralisée des semi-conducteurs composés, le PECVD doit être réalisé à des températures et des énergies électroniques plus élevées. Pour répondre à cette exigence, des technologies permettant de synthétiser des films à planéité plus élevée à plus basses températures doivent être développées. Les films SiN et SiOx ont été étudiés en profondeur à l'aide du plasma ECR et d'une nouvelle technologie de dépôt chimique en phase vapeur par plasma (PCVD) avec un plasma hélicoïdal, et ont atteint un niveau pratique dans l'utilisation de films isolants intercouches pour des circuits intégrés à plus grande échelle, etc.