Proceso PECVD

La deposición química de vapor mejorada por plasma (PECVD) es una tecnología ampliamente utilizada en la fabricación de chips. Utiliza la energía cinética de los electrones dentro del plasma para activar reacciones químicas en la fase gaseosa, logrando así la deposición de películas delgadas. El plasma es una colección de iones, electrones, átomos neutros y moléculas, que es eléctricamente neutra a escala macroscópica. El plasma puede almacenar una gran cantidad de energía interna y, según sus características de temperatura, se clasifica en plasma térmico y plasma frío. En los sistemas PECVD, se utiliza plasma frío, que se forma mediante una descarga de gas a baja presión para crear un plasma gaseoso en desequilibrio.

¿Cuáles son las propiedades del plasma frío?

Movimiento térmico aleatorio: el movimiento térmico aleatorio de electrones e iones en el plasma excede su movimiento direccional.

Proceso de ionización: causado principalmente por colisiones entre electrones rápidos y moléculas de gas.

Disparidad de energía: la energía promedio del movimiento térmico de los electrones es de 1 a 2 órdenes de magnitud mayor que la de las partículas pesadas (como moléculas, átomos, iones y radicales).

Mecanismo de compensación de energía: la pérdida de energía por colisiones entre electrones y partículas pesadas puede compensarse mediante el campo eléctrico.

Debido a la complejidad del plasma en desequilibrio a baja temperatura, resulta complicado describir sus características con unos pocos parámetros. En la tecnología PECVD, la función principal del plasma es generar iones y radicales químicamente activos. Estas especies activas pueden reaccionar con otros iones, átomos o moléculas, o iniciar daños en la red y reacciones químicas en la superficie del sustrato. El rendimiento de especies activas depende de la densidad de electrones, la concentración de reactivos y los coeficientes de rendimiento, que están relacionados con la intensidad del campo eléctrico, la presión del gas y la trayectoria libre media de las colisiones de partículas.

¿En qué se diferencia el PECVD del CVD tradicional?

La principal diferencia entre PECVD y la deposición química de vapor (CVD) tradicional radica en los principios termodinámicos de las reacciones químicas. En PECVD, la disociación de las moléculas de gas dentro del plasma no es selectiva, lo que conduce a la deposición de capas de película que pueden tener una composición única en un estado de no equilibrio, no limitada por la cinética de equilibrio. Un ejemplo típico es la formación de películas amorfas o no cristalinas.

Características de la PECVD

Baja temperatura de deposición: esto ayuda a reducir la tensión interna causada por coeficientes no coincidentes de expansión térmica lineal entre la película y el material del sustrato.

Alta tasa de deposición: particularmente en condiciones de baja temperatura, esta característica es ventajosa para obtener películas amorfas y microcristalinas.

Daño térmico reducido: el proceso de baja temperatura minimiza el daño térmico, reduce la interdifusión y las reacciones entre la película y el material del sustrato, y disminuye el impacto de las altas temperaturas en las propiedades eléctricas de los dispositivos.