Processo PECVD

La deposizione chimica in fase vapore potenziata dal plasma (PECVD) è una tecnologia ampiamente utilizzata nella produzione di chip. Utilizza l'energia cinetica degli elettroni all'interno del plasma per attivare le reazioni chimiche nella fase gassosa, ottenendo così la deposizione di film sottile. Il plasma è un insieme di ioni, elettroni, atomi neutri e molecole, che è elettricamente neutro su scala macroscopica. Il plasma può immagazzinare una grande quantità di energia interna e, in base alle sue caratteristiche di temperatura, viene classificato in plasma termico e plasma freddo. Nei sistemi PECVD viene utilizzato il plasma freddo, che si forma attraverso la scarica di gas a bassa pressione per creare un plasma gassoso non in equilibrio.

Quali sono le proprietà del plasma freddo?

Movimento termico casuale: il movimento termico casuale di elettroni e ioni nel plasma supera il loro movimento direzionale.

Processo di ionizzazione: causato principalmente dalle collisioni tra elettroni veloci e molecole di gas.

Disparità energetica: l'energia media del movimento termico degli elettroni è da 1 a 2 ordini di grandezza superiore a quella delle particelle pesanti (come molecole, atomi, ioni e radicali).

Meccanismo di compensazione energetica: la perdita di energia derivante dalle collisioni tra elettroni e particelle pesanti può essere compensata dal campo elettrico.

A causa della complessità del plasma non in equilibrio a bassa temperatura, è difficile descriverne le caratteristiche con pochi parametri. Nella tecnologia PECVD, il ruolo primario del plasma è quello di generare ioni e radicali chimicamente attivi. Queste specie attive possono reagire con altri ioni, atomi o molecole o avviare danni al reticolo e reazioni chimiche sulla superficie del substrato. La resa delle specie attive dipende dalla densità elettronica, dalla concentrazione dei reagenti e dai coefficienti di resa, che sono correlati all'intensità del campo elettrico, alla pressione del gas e al percorso libero medio delle collisioni delle particelle.

In cosa differisce la PECVD dalla CVD tradizionale?

La principale differenza tra PECVD e la tradizionale deposizione chimica da fase vapore (CVD) risiede nei principi termodinamici delle reazioni chimiche. Nella PECVD, la dissociazione delle molecole di gas all'interno del plasma non è selettiva, portando alla deposizione di strati di film che possono avere una composizione unica in uno stato di non equilibrio, non vincolato dalla cinetica di equilibrio. Un tipico esempio è la formazione di film amorfi o non cristallini.

Caratteristiche del PECVD

Bassa temperatura di deposizione: aiuta a ridurre lo stress interno causato da coefficienti di dilatazione termica lineare non corrispondenti tra la pellicola e il materiale del substrato.

Elevato tasso di deposizione: particolarmente in condizioni di bassa temperatura, questa caratteristica è vantaggiosa per ottenere film amorfi e microcristallini.

Danno termico ridotto: il processo a bassa temperatura minimizza il danno termico, riduce l'interdiffusione e le reazioni tra la pellicola e il materiale del substrato e diminuisce l'impatto delle alte temperature sulle proprietà elettriche dei dispositivi.