Processus PECVD

Le dépôt chimique en phase vapeur amélioré par plasma (PECVD) est une technologie largement utilisée dans la fabrication de puces. Il utilise l’énergie cinétique des électrons dans le plasma pour activer des réactions chimiques en phase gazeuse, réalisant ainsi le dépôt de couches minces. Le plasma est un ensemble d’ions, d’électrons, d’atomes neutres et de molécules électriquement neutres à l’échelle macroscopique. Le plasma peut stocker une grande quantité d’énergie interne et, en fonction de ses caractéristiques de température, est classé en plasma thermique et plasma froid. Dans les systèmes PECVD, on utilise du plasma froid, qui est formé par décharge de gaz à basse pression pour créer un plasma gazeux hors équilibre.

Quelles sont les propriétés du plasma froid ?

Mouvement thermique aléatoire : Le mouvement thermique aléatoire des électrons et des ions dans le plasma dépasse leur mouvement directionnel.

Processus d'ionisation : principalement causé par des collisions entre des électrons rapides et des molécules de gaz.

Disparité énergétique : L'énergie de mouvement thermique moyenne 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).

Mécanisme de compensation énergétique : La perte d’énergie due aux collisions entre électrons et particules lourdes peut être compensée par le champ électrique.

En raison de la complexité du plasma hors équilibre à basse température, il est difficile de décrire ses caractéristiques avec quelques paramètres. Dans la technologie PECVD, le rôle principal du plasma est de générer des ions et des radicaux chimiquement actifs. Ces espèces actives peuvent réagir avec d’autres ions, atomes ou molécules, ou initier des dommages au réseau et des réactions chimiques à la surface du substrat. Le rendement en espèces actives dépend de la densité électronique, de la concentration des réactifs et des coefficients de rendement, qui sont liés à l'intensité du champ électrique, à la pression du gaz et au libre parcours moyen des collisions de particules.

En quoi le PECVD diffère-t-il du CVD traditionnel ?

La principale différence entre le PECVD et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) traditionnel réside dans les principes thermodynamiques des réactions chimiques. Dans le PECVD, la dissociation des molécules de gaz dans le plasma est non sélective, conduisant au dépôt de couches de film pouvant avoir une composition unique dans un état de non-équilibre, non contraint par une cinétique d'équilibre. Un exemple typique est la formation de films amorphes ou non cristallins.

Caractéristiques du PECVD

Faible température de dépôt : cela contribue à réduire les contraintes internes causées par des coefficients de dilatation thermique linéaire incompatibles entre le film et le matériau du substrat.

Taux de dépôt élevé : Particulièrement dans des conditions de basse température, cette caractéristique est avantageuse pour l'obtention de films amorphes et microcristallins.

Dommages thermiques réduits : le processus à basse température minimise les dommages thermiques, réduit l'interdiffusion et les réactions entre le film et le matériau du substrat, et atténue l'impact des températures élevées sur les propriétés électriques des appareils.