Deposição química de vapor assistida por plasma

Propriedades do plasma
A natureza do plasma na deposição química de vapor assistida por plasma (PECVD) reside no fato de que ele depende da energia cinética dos elétrons presentes no plasma para ativar as reações químicas na fase gasosa. Como o plasma é uma coleção de íons, elétrons, átomos neutros e moléculas, ele é eletricamente neutro em nível macroscópico. Em um plasma, uma grande quantidade de energia é armazenada em sua energia interna. O plasma é originalmente dividido em plasma quente e plasma frio. No sistema PECVD, trata-se de plasma frio, formado por descarga de gás a baixa pressão. Esse plasma, produzido por uma descarga a baixa pressão (abaixo de algumas centenas de Pa), é um plasma gasoso fora do equilíbrio.
A natureza desse plasma é a seguinte:
(1)O movimento térmico irregular de elétrons e íons excede seu movimento direcionado.
(2) Seu processo de ionização é causado principalmente pela colisão de elétrons rápidos com moléculas de gás.
(3) A energia média de movimento térmico dos elétrons é de 1 a 2 ordens de magnitude maior do que a de partículas pesadas, como moléculas, átomos, íons e radicais livres.
(4) A perda de energia após a colisão de elétrons e partículas pesadas pode ser compensada pelo campo elétrico entre colisões.
É difícil caracterizar um plasma de baixa temperatura em não equilíbrio com um número reduzido de parâmetros, pois trata-se de um plasma em não equilíbrio de baixa temperatura em um sistema PECVD, onde a temperatura eletrônica Te não é a mesma que a temperatura Tj das partículas pesadas. Na tecnologia PECVD, a função principal do plasma é produzir íons quimicamente ativos e radicais livres. Esses íons e radicais livres reagem com outros íons, átomos e moléculas na fase gasosa ou causam danos à rede cristalina e reações químicas na superfície do substrato, e o rendimento de material ativo é uma função da densidade eletrônica, da concentração dos reagentes e do coeficiente de rendimento. Em outras palavras, o rendimento de material ativo depende da intensidade do campo elétrico, da pressão do gás e do alcance médio das partículas no momento da colisão. À medida que o gás reagente no plasma se dissocia devido à colisão de elétrons de alta energia, a barreira de ativação da reação química pode ser superada e a temperatura do gás reagente pode ser reduzida. A principal diferença entre PECVD e CVD convencional reside nos princípios termodinâmicos da reação química. A dissociação das moléculas de gás no plasma não é seletiva, resultando em uma camada depositada por PECVD completamente diferente daquela obtida por CVD convencional. A composição de fases produzida por PECVD pode ser única em não equilíbrio, e sua formação não é mais limitada pela cinética de equilíbrio. A camada depositada mais típica apresenta-se no estado amorfo.

Características do PECVD
(1) Baixa temperatura de deposição.
(2) Reduzir a tensão interna causada pela incompatibilidade do coeficiente de expansão linear da membrana/material base.
(3) A taxa de deposição é relativamente alta, especialmente a deposição a baixa temperatura, o que é propício para a obtenção de filmes amorfos e microcristalinos.

Devido ao processo de baixa temperatura do PECVD, os danos térmicos podem ser reduzidos, assim como a difusão mútua e a reação entre a camada de filme e o material do substrato, permitindo que componentes eletrônicos sejam revestidos tanto antes da fabricação quanto em caso de necessidade de retrabalho. Para a fabricação de circuitos integrados de ultra-grande escala (VLSI, ULSI), a tecnologia PECVD é aplicada com sucesso na formação de filmes de nitreto de silício (SiN) como camada protetora final após a formação da fiação do eletrodo de alumínio, bem como no nivelamento e na formação de filmes de óxido de silício como isolante intermediário. Como dispositivos de filme fino, a tecnologia PECVD também tem sido aplicada com sucesso na fabricação de transistores de filme fino (TFTs) para displays LCD, etc., utilizando vidro como substrato no método de matriz ativa. Com o desenvolvimento de circuitos integrados em maior escala e com maior integração, e o uso generalizado de dispositivos semicondutores compostos, o PECVD precisa ser realizado em temperaturas mais baixas e com maior energia eletrônica. Para atender a essa demanda, tecnologias que possam sintetizar filmes com maior planicidade em temperaturas mais baixas precisam ser desenvolvidas. Os filmes de SiN e SiOx foram amplamente estudados utilizando plasma ECR e uma nova tecnologia de deposição química de vapor por plasma (PCVD) com plasma helicoidal, e atingiram um nível prático no uso de filmes isolantes intercamadas para circuitos integrados de maior escala, etc.