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1. PECVD – Plasma Enhanced ChemicalVapourDeposition Alumno: César G. J. Nader Profesores: José Cotrino y Jorge Mejias Universidad de Sevilla, Junio 2010

2. Contenidos Aplicaciones Visión general de las técnicas de deposición Conceptos Básicos CVD -> Técnicas usuales PECVD – Plasma Enhanced Plasma -> Conceptos Etapas del proceso Funcionamiento y características de reactores Seguridad Comparativo: PECVD vs. CVD

4. Antireflective coatings

5. Scratch resistant transparent coatings

6. Radiation filters

7. Microelectronics

8. Thin film transistors

9. Dielectric layers

10. Isolating layers

11. Highly doped <p> and <n> contact layers

12. Diffusion barrier layers

13. Light detectors and solar cells

14. Sensors

15. Etch stop layers

16. Encapsulation

17. Mechanics and Chemistry

18. Corrosion protections

19. Passivation layers

20. Scratch resistant coatings

21. Chemical resistant layers

22. Ultra-hard layers

23. Surface Functionalization

24. Packaging

25. Protective coatings

27. Visión General:

31. Conceptos Básicos Etapas y Modos de Crescimiento de la capa delgada Transporte de masa Tasas de deposición Modelos cinéticos de nucleación Epitaxia y regímenes de crescimiento Conformalidad y Uniformidad

32. En qué consiste.... Reactor PECVD:

33. Etapas enlosprocesos CVD: Bomba de Vacío

36. Modelo Cinético de Nucleación Saturación También Varia com laTasa de Deposición Coalescencia

37. Ejemplo: Al em TiN, 265°C, 2 torr 2 Segundos 5 Segundos 15 Segundos 600 nm

38. Microestructura de capasdelgadas: modeloTMD -Dura Epitaxial +Dura

39. Epitaxia Substrato Homoepitaxia HeteroepitaxiaPseudomórfica Heteroepitaxia Aliviada por discordancias

40. Regímenes de Crescimiento:

41. Efecto de La concentración (CVD SiCl4): 28%

42. ModeloCinético de Crescimiento Curva de Arrhenius

44. Relación: Tasa de Crescimiento y Flujo del Gás Diffusion of the reactant F is F  DG  -1

45. Soluciones numéricas: Prever las condiciones dentro del plasmas és um gran desafio. Actualmente, modelagenes y simulacionesposibilitanmuchos avanços eneldiseño de procesos.

46. Conformalidad (StepCoverage)

49. Pueden ser clasificadosen:

50. Temperatura: Baja o Alta

51. Presión: Baja o Atmosférica

52. Paredes: Frias o Calientes

53. Flujo de gas: Vertical o Horizontal

56. Usado para depositar Si Epitaxial y capas duras (TiC, Tac, TiN...)

57. BajaTemperatura:

58. Algunas capas necesitan ser depositados a bajas temperaturas

59. Proceso más simple, altas tasas de deposición

61. Posible estructuras epitaxiales de calidad en escala nanometrica.

63. Pirolíticos

64. Activa termicamente una superfície localizada

65. Fotolíticos

66. Rompe enlaces creando radicales livres.

67. Es posible “dibujar” en la superficie a ser reaccionada con resolución ~5μm

68. Superfícies complejas y conoptimacalidad

69. Limitado a pequeñas areas (en caso de laser)

71. ¿ Qué es un Plasma ? El cuarto estado de la materia, un gas de partículas excitadas formado por: – especies cargadas (electrones y iones) – especies neutras (átomos o moléculas) – radicales atómicos o moleculares y otras especies excitadas.

72. Mecanismos de Ionización – Campo Eléctrico (y magnético) – Temperatura – Radiacción

74. Temperatura: Características del Plasma: Plasma térmico: Te = Tion = Tga Plasma frío o no térmico: Te >> Tion = Tgas Energía media de loseletrones: 1- 10 eV Si 1 eV = 11600K Entonces, Te ~ 104 a 105 K

75. Características del Plasma: Apantallamiento - - - - - ++++++

76. Curva característica Intensidad-Voltaje: Características del Plasma:

77. Ley de Paschen Características del Plasma:

78. Presión: Características del Plasma: • Presionesbajas (< 10-3mbar) -> predominio de fenómenos físicos (bombardeoiónico) • Presionesintermedias (10-3 – 10 mbar) ->Se superponen fenómenos químicos (reacciones de deposición o ataque) • Presiones altas (> 10 mbar) ->Procesos térmicos (sinterización, fusión, etc)

79. Presión del Plasma en los Procesos: Características del Plasma:

80. PECVD ~ Características Principios Etapas del Proceso El Reactor Equipos requeridos Esquemas Seguridad Comparativo PECVD vs. CVD RF

82. Bajas presiones -> Recubrimiento conforme

83. No dependiente de altas temperaturas

84. Reacciones complejas en la fase gas

85. Difícil control de la estequiometría de la capa formada

86. Daño por radiación sobre la capa y el substrato

88. La Química del Plasma:

89. Equipo Requeridos PECVD: Sistema de transporte de los gases al reactor (incluye gases reactantes y purgantes) 2. Reactor + Sistema de acalentamiento del substrato + descarga eléctrica 3. Equipo de medida y control de la presión, temperatura, etc. en el reactor. 4. Equipo de vacío

90. El Reactor PECVD:

91. Esquemas Típicos PECVD:

92. B Resonancia con la frecuencia ciclotrônica HighDensity Plasma Downstream PECVD: e-

94. Plasma excitado por RF

95. Substratos rotantes

98. Comparación entre PECVD y CVD:

99. ALBELLA, J.M. PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE RECUBRIMIENTOS Y LAMINAS DELGADAS, 2007 Ohring, M. Material Science of Thin Films, Deposition and Structure. 2nd Edition Referencias: