Substrat SiC pour revêtement de film CVD

Dépôt chimique en phase vapeur

Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) d'oxyde est un procédé de croissance linéaire où un gaz précurseur dépose un film mince sur une plaquette dans un réacteur. Ce procédé de croissance s'effectue à basse température et présente une vitesse de croissance bien supérieure à celle des procédés de dépôt chimique en phase vapeur (CVD).oxyde thermiqueCe procédé permet également d'obtenir des couches de dioxyde de silicium beaucoup plus fines, car le film est déposé et non cultivé. Il en résulte un film à haute résistivité électrique, idéal pour les circuits intégrés et les dispositifs MEMS, entre autres applications.

L'oxyde par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est utilisé lorsqu'une couche externe est nécessaire mais que le substrat de silicium ne peut pas être oxydé.

Croissance par dépôt chimique en phase vapeur :

La croissance par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) se produit lorsqu'un gaz ou une vapeur (précurseur) est introduit dans un réacteur à basse température où des plaquettes sont disposées verticalement ou horizontalement. Le gaz circule dans le système et se répartit uniformément sur la surface des plaquettes. Au fur et à mesure que ces précurseurs traversent le réacteur, les plaquettes les absorbent à leur surface.

Une fois les précurseurs répartis uniformément dans le système, des réactions chimiques s'amorcent à la surface des substrats. Ces réactions débutent par la formation d'îlots qui, au fur et à mesure du processus, croissent et fusionnent pour former le film désiré. Les réactions chimiques génèrent des sous-produits à la surface des plaquettes, qui diffusent à travers la couche limite et s'écoulent du réacteur, ne laissant subsister que les plaquettes recouvertes de leur revêtement.

Figure 1

Avantages du dépôt chimique en phase vapeur :

• Procédé de croissance à basse température.
• Vitesse de dépôt rapide (en particulier APCVD).
• Il n'est pas nécessaire que ce soit un substrat en silicium.
• Bonne couverture des étapes (en particulier PECVD).

Figure 2
Dépôt de dioxyde de silicium vs. croissance

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Types de CVD

LPCVD

Le dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD) est un procédé standard de dépôt chimique en phase vapeur sans pressurisation. La principale différence entre le LPCVD et les autres méthodes de dépôt chimique en phase vapeur réside dans la température de dépôt. Le LPCVD utilise les températures les plus élevées pour déposer les films, généralement supérieures à 600 °C.

L'environnement à basse pression permet d'obtenir un film très uniforme, d'une grande pureté, reproductible et homogène. Ce procédé est réalisé entre 10 et 1 000 Pa, tandis que la pression ambiante standard est de 101 325 Pa. La température détermine l'épaisseur et la pureté de ces films : plus la température est élevée, plus le film est épais et pur.

• Films courants déposés :polysilicium, oxydes dopés et non dopés,nitrures.

PECVD

Le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) est une technique de dépôt à basse température et à haute densité de film. Le PECVD se déroule dans un réacteur CVD avec injection de plasma, un gaz partiellement ionisé riche en électrons libres (environ 50 %). Cette méthode de dépôt à basse température s'effectue entre 100 °C et 400 °C. Le PECVD peut être réalisé à basse température car l'énergie des électrons libres dissocie les gaz réactifs pour former un film sur la surface de la plaquette.

Cette méthode de dépôt utilise deux types de plasma différents :

1. Dépôt à froid (non thermique) : les électrons ont une température plus élevée que les particules neutres et les ions. Cette méthode exploite l’énergie des électrons en modifiant la pression dans la chambre de dépôt.
2. Thermique : les électrons sont à la même température que les particules et les ions dans la chambre de dépôt.

Dans la chambre de dépôt, une tension radiofréquence est appliquée entre des électrodes situées au-dessus et en dessous de la plaquette. Cette tension charge les électrons et les maintient dans un état excitable afin de permettre le dépôt du film désiré.

La croissance de films par PECVD comporte quatre étapes :

1. Placez la plaquette cible sur une électrode à l'intérieur de la chambre de dépôt.
2. Introduire dans la chambre des gaz réactifs et des éléments de dépôt.
3. Envoyer du plasma entre les électrodes et appliquer une tension pour exciter le plasma.
4. Le gaz réactif se dissocie et réagit avec la surface de la plaquette pour former un film mince ; les sous-produits diffusent hors de la chambre.

• Couches couramment déposées : oxydes de silicium, nitrure de silicium, silicium amorphe,oxynitrures de silicium (Si_xO_yN_z).

APCVD

Le dépôt chimique en phase vapeur à pression atmosphérique (APCVD) est une technique de dépôt à basse température qui se déroule dans un four à pression atmosphérique standard. Comme les autres méthodes CVD, l'APCVD nécessite un gaz précurseur dans la chambre de dépôt ; la température augmente ensuite progressivement pour catalyser les réactions à la surface de la plaquette et déposer un film mince. De par sa simplicité, cette méthode présente une vitesse de dépôt très élevée.

• Couches couramment déposées : oxydes de silicium dopés et non dopés, nitrures de silicium. Également utilisé dansrecuit.

CVD HDP

Le dépôt chimique en phase vapeur par plasma haute densité (PECVD) est une variante du PECVD qui utilise un plasma plus dense, permettant ainsi aux plaquettes de réagir à une température encore plus basse (entre 80 °C et 150 °C) au sein de la chambre de dépôt. Ce procédé crée également un film présentant d'excellentes propriétés de remplissage des tranchées.

• Couches couramment déposées : dioxyde de silicium (SiO₂)₂), nitrure de silicium (Si₃N₄),carbure de silicium (SiC).

SACVD

Le dépôt chimique en phase vapeur à pression subatmosphérique diffère des autres méthodes car il se déroule à une pression inférieure à la pression ambiante standard et utilise de l'ozone (O₃).₃) pour catalyser la réaction. Le procédé de dépôt s'effectue à une pression plus élevée qu'en LPCVD mais plus faible qu'en APCVD, entre environ 13 300 Pa et 80 000 Pa. Les films SACVD présentent une vitesse de dépôt élevée qui s'améliore avec la température jusqu'à environ 490 °C, température à partir de laquelle elle commence à diminuer.

• Films courants déposés :BPSG, PSG,TEOS.

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