dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma

propriétés du plasma
Dans le procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), le plasma repose sur l'énergie cinétique des électrons qui activent les réactions chimiques en phase gazeuse. Composé d'ions, d'électrons, d'atomes neutres et de molécules, le plasma est électriquement neutre à l'échelle macroscopique. Une grande quantité d'énergie est stockée dans son énergie interne. On distingue généralement le plasma chaud et le plasma froid. Dans un système PECVD, c'est le plasma froid qui est formé par une décharge gazeuse à basse pression. Ce plasma, produit par une décharge à une pression inférieure à quelques centaines de Pa, est un plasma gazeux hors d'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 de 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 d'électrons et de particules lourdes peut être compensée par le champ électrique entre les collisions.
Il est difficile de caractériser un plasma hors équilibre à basse température avec un nombre restreint de paramètres, car il s'agit d'un plasma hors équilibre à basse température dans un système PECVD, où la température électronique Te diffère de la température Tj des particules lourdes. En technologie PECVD, la fonction principale du plasma est de produire des ions chimiquement actifs et des radicaux libres. Ces ions et radicaux libres réagissent avec d'autres ions, atomes et molécules en phase gazeuse ou provoquent des dommages au réseau cristallin et des réactions chimiques à la surface du substrat. Le rendement en matériau actif dépend de la densité électronique, de la concentration des réactifs et du coefficient de rendement. Autrement dit, le rendement en matériau actif est fonction de l'intensité du champ électrique, de la pression du gaz et du parcours moyen des particules au moment de la collision. Lorsque le gaz réactif dans le plasma se dissocie sous l'effet de la collision d'électrons de haute énergie, la barrière d'activation de la réaction chimique est franchie et la température du gaz réactif diminue. La principale différence entre le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) conventionnel réside dans les principes thermodynamiques de la réaction chimique. La dissociation des molécules de gaz dans le plasma étant non sélective, la couche déposée par PECVD est totalement différente de celle obtenue par CVD conventionnel. La composition de phase produite par PECVD peut être unique, hors d'équilibre, et sa formation n'est plus limitée par la cinétique d'équilibre. La couche la plus courante est amorphe.

caractéristiques du PECVD
(1) Basse température de dépôt.
(2) Réduire la contrainte interne causée par la différence de coefficient de dilatation linéaire du matériau de la membrane/de la 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 à la basse température du procédé PECVD, les dommages thermiques, la diffusion et les réactions entre la couche mince et le substrat sont réduits. Les composants électroniques peuvent ainsi être revêtus avant leur fabrication ou ultérieurement. Pour la fabrication de circuits intégrés à très grande échelle (VLSI, ULSI), la technologie PECVD est appliquée avec succès à la formation d'une couche de nitrure de silicium (SiN) servant de couche protectrice finale après la formation des électrodes en aluminium, ainsi qu'à l'aplanissement et à la formation d'une couche d'oxyde de silicium comme isolant intermédiaire. Concernant 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., en utilisant le verre comme substrat dans la méthode de la matrice active. Avec le développement de circuits intégrés à plus grande échelle et à intégration plus poussée, et l'utilisation généralisée des semi-conducteurs composés, le PECVD doit être réalisé à des températures plus basses et à des énergies électroniques plus élevées. Pour répondre à cette exigence, il est nécessaire de développer des technologies permettant de synthétiser des couches plus planes à des températures plus basses. Les films SiN et SiOx ont été étudiés de manière approfondie 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 d'isolation intercouches pour les circuits intégrés à plus grande échelle, etc.