Qu’est-ce que le procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma ?
Le procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma est un procédé dans lequel le gaz de la matière première est transformé en plasma à basse température (décharge luminescente ionisée en cations et électrons), des ions et des radicaux actifs sont générés et des réactions chimiques se produisent sur le substrat, formant un film mince par dépôt.
Utilisations du procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma
La technologie CVD (anglais : Chemical Vapor Deposition) plasma est utilisée pour les films de renforcement sur les outils de coupe (nitrure de titane, nitrure de carbone, DLC (anglais : Diamond Like Carbon), les films isolants et protecteurs des semi-conducteurs, les matériaux de câblage et d’électrode (nitrure de silicium, oxyde de silicium, cuivre, aluminium, tungstène, silicium polycristallin, semi-conducteurs composés, etc.) L’industrie est une source d’énergie essentielle pour le développement économique et industriel. Leur utilisation dans des dispositifs de puissance performants pour le contrôle et la fourniture d’énergie, clé du développement économique et industriel, est également en pleine expansion.
Le gaz d’alimentation du procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma est généralement un gaz porteur tel que l’hydrogène, l’azote, l’argon ou l’ammoniac mélangé à un gaz d’alimentation tel que le SiH4 (silane) ou le WF6 (hexafluorure de tungstène).
1. Oxydes
Le dioxyde de silicium (SiO2) est un oxyde de silicium. Il possède d’excellentes propriétés d’isolation électrique et de stabilité thermique et est utilisé dans les films isolants intercouches des dispositifs à semi-conducteurs.
Les semi-conducteurs plus minces sont plus sujets aux courants de fuite, où le courant s’échappe par des zones non prévues ; la présence de SiO2 aide à prévenir les courants de fuite.
2. Nitrures
Le nitrure de silicium (Si3N4) est un nitrure de silicium. Il présente une résistance et une conductivité thermique excellentes et est utilisé comme matériau de substrat pour les dispositifs de puissance qui génèrent beaucoup de chaleur.
L’azote et l’ammoniac sont utilisés avec le SiH4 pour former des nitrures, et jouent donc également le rôle de gaz de matières premières. Les semi-conducteurs remplissent en général des fonctions liées à l’arithmétique et à la mémoire, comme la mémoire. Les dispositifs de puissance, quant à eux, sont destinés aux diodes.
3. Carbures
Le carbure de silicium (SiC) est un carbure de silicium de la famille des semi-conducteurs composés, avec le GaN (nitrure de gallium, ou GaN), l’AlGaN, etc. Comme le Si3N4, il est utilisé dans les dispositifs de puissance pour remplacer les IGBT au Si en raison de sa résistance et de sa conductivité thermique supérieures.
Par rapport aux composés de silicium, les pertes de puissance sont plus faibles, ce qui permet d’obtenir des dispositifs plus petits.
4. Métaux et composés métalliques
La grille d’un transistor est constituée d’un film d’oxyde de grille (formé par oxydation thermique) et d’une électrode de grille (souvent en silicium polycristallin). Les bouchons de tungstène utilisés pour l’électrode de grille et les contacts source-drain sont formés par procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma.
Principe du procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma
Le gaz de la matière première est sélectionné en fonction des conditions souhaitées dans une plage de réduction de pression allant de 10-4 à 100 Pa, selon le but recherché. La fréquence d’alimentation électrique la plus couramment utilisée pour l’excitation du plasma est de 13,56 MHz (RF : Radio Frequency) et le type de décharge est couplé capacitivement à l’aide d’électrodes à plaques parallèles.
L’une des plaques parallèles peut être utilisée comme pomme de douche pour alimenter les gaz de traitement, ou un élément chauffant peut être inséré dans l’une des plaques pour réguler la température. De nombreux paramètres sont contrôlables, tels que la fréquence de l’alimentation électrique, la structure des électrodes autre que le type à plaques parallèles, la composition des gaz bruts, le volume de décharge et la température. Il est ainsi possible de déposer une grande variété de couches minces aux fonctionnalités différentes, allant des matériaux inorganiques aux matériaux organiques.
Autres informations sur le procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma
1. Structures de dispositifs semi-conducteurs et méthodes de fabrication
Par exemple, dans le cas des dispositifs de mémoire, un câblage multicouche complexe est formé sur les MOSFET (transistors à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique) formés sur un substrat (plaquette). Les couches sont formées sur le MOSFET (transistor à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique) formé sur le substrat (plaquette) et séparées par un film isolant intercalaire.
Le procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma est principalement utilisé pour former les électrodes de grille des MOSFET, les couches de câblage et les films isolants intercalaires, qui nécessitent un modelage fin après le dépôt. Fondamentalement, la technologie d’impression est utilisée pour le modelage, et des étapes sont répétées.
- Sur le motif sous-jacent, le matériau du nouveau motif (silicium polycristallin, Al, C, W, SiO2, Si3N4, etc.) est déposé uniformément par dépôt chimique en phase vapeur.
- Un film de résine photosensible (positif ou négatif) est formé sur le premier film. Le film positif est moins soluble dans le solvant en raison de la lumière d’excitation, tandis que le film négatif est plus soluble.
- La résine est dissoute, formant un motif de résine résiduelle sur le film déposé.
- La gravure (processus de décapage) est appliquée à partir du haut du motif pour enlever le film.
- Enlever la réserve.
- Un motif est formé sur le film.
En répétant le processus ci-dessus, des dispositifs semi-conducteurs peuvent être formés.
2. Dépôt chimique en phase vapeur thermique et dépôt chimique en phase vapeur optique
En fonction de l’énergie fournie, le procédé peut être classé en dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, dépôt chimique en phase vapeur thermique et dépôt chimique en phase vapeur optique.
- Dépôt chimique en phase vapeur thermique
Il s’agit d’une méthode dans laquelle le gaz d’alimentation est traité à des températures élevées pour décomposer thermiquement et réagir chimiquement avec les composants, ce qui entraîne le dépôt d’un film. Cette méthode ne peut pas être utilisée sur des substrats sensibles à la chaleur tels que les plastiques. - Dépôt chimique en phase vapeur optique
Méthodes utilisant la lumière laser ou l’énergie ultraviolette pour activer la décomposition scientifique et les réactions chimiques.