deposizione chimica da fase vapore potenziata al plasma

Proprietà del plasma
La natura del plasma nella deposizione chimica in fase vapore assistita da plasma (PECVD) è che si basa sull'energia cinetica degli elettroni nel plasma per attivare le reazioni chimiche in fase gassosa. Poiché il plasma è un insieme di ioni, elettroni, atomi neutri e molecole, è elettricamente neutro a livello macroscopico. In un plasma, una grande quantità di energia è immagazzinata nell'energia interna del plasma. Il plasma viene tradizionalmente suddiviso in plasma caldo e plasma freddo. Nel sistema PECVD si utilizza plasma freddo, formato da una scarica di gas a bassa pressione. Questo plasma, prodotto da una scarica a bassa pressione inferiore a poche centinaia di Pa, è un plasma gassoso non in equilibrio.
La natura di questo plasma è la seguente:
(1)Il moto termico irregolare degli elettroni e degli ioni supera il loro moto direzionale.
(2) Il suo processo di ionizzazione è causato principalmente dalla collisione di elettroni veloci con molecole di gas.
(3) L'energia media del moto termico degli elettroni è da 1 a 2 ordini di grandezza superiore a quella delle particelle pesanti, come molecole, atomi, ioni e radicali liberi.
(4) La perdita di energia dopo la collisione di elettroni e particelle pesanti può essere compensata dal campo elettrico tra le collisioni.
È difficile caratterizzare un plasma non in equilibrio a bassa temperatura con un numero limitato di parametri, poiché si tratta di un plasma non in equilibrio a bassa temperatura in un sistema PECVD, dove la temperatura elettronica Te non è uguale alla temperatura Tj delle particelle pesanti. Nella tecnologia PECVD, la funzione primaria del plasma è quella di produrre ioni e radicali liberi chimicamente attivi. Questi ioni e radicali liberi reagiscono con altri ioni, atomi e molecole in fase gassosa o causano danni al reticolo e reazioni chimiche sulla superficie del substrato, e la resa del materiale attivo è funzione della densità elettronica, della concentrazione dei reagenti e del coefficiente di resa. In altre parole, la resa del materiale attivo dipende dall'intensità del campo elettrico, dalla pressione del gas e dal percorso libero medio delle particelle al momento della collisione. Quando il gas reagente nel plasma si dissocia a causa della collisione di elettroni ad alta energia, la barriera di attivazione della reazione chimica può essere superata e la temperatura del gas reagente può essere ridotta. La principale differenza tra PECVD e CVD convenzionale risiede nei principi termodinamici della reazione chimica. La dissociazione delle molecole di gas nel plasma non è selettiva, pertanto lo strato di film depositato tramite PECVD è completamente diverso da quello ottenuto con CVD convenzionale. La composizione di fase prodotta tramite PECVD può essere unica e non in equilibrio, e la sua formazione non è più limitata dalla cinetica di equilibrio. Lo strato di film più tipico è allo stato amorfo.

Caratteristiche del PECVD
(1) Bassa temperatura di deposizione.
(2) Ridurre lo stress interno causato dalla discrepanza del coefficiente di espansione lineare della membrana/materiale di base.
(3) La velocità di deposizione è relativamente alta, soprattutto la deposizione a bassa temperatura, che favorisce l'ottenimento di film amorfi e microcristallini.

Grazie al processo a bassa temperatura del PECVD, è possibile ridurre i danni termici, la diffusione reciproca e la reazione tra lo strato di film e il materiale del substrato, ecc., consentendo così di rivestire i componenti elettronici sia prima della loro produzione che in caso di necessità di rilavorazione. Per la produzione di circuiti integrati a scala ultra-larga (VLSI, ULSI), la tecnologia PECVD è stata applicata con successo alla formazione di film di nitruro di silicio (SiN) come strato protettivo finale dopo la formazione del cablaggio degli elettrodi di alluminio, nonché all'appiattimento e alla formazione di film di ossido di silicio come isolante interstrato. Come dispositivi a film sottile, la tecnologia PECVD è stata applicata con successo anche alla produzione di transistor a film sottile (TFT) per display LCD, ecc., utilizzando il vetro come substrato nel metodo a matrice attiva. Con lo sviluppo di circuiti integrati su scala maggiore e con un'integrazione più elevata, e con l'ampio utilizzo di dispositivi a semiconduttore composti, è necessario che il PECVD venga eseguito a temperature più basse e con processi ad alta energia elettronica. Per soddisfare questo requisito, è necessario sviluppare tecnologie in grado di sintetizzare film con una maggiore planarità a temperature più basse. I film di SiN e SiOx sono stati studiati a fondo utilizzando il plasma ECR e una nuova tecnologia di deposizione chimica da fase vapore al plasma (PCVD) con plasma elicoidale, e hanno raggiunto un livello pratico nell'uso di film isolanti interstrato per circuiti integrati su larga scala, ecc.