A Deposição de Vapor Químico Melhorada por Plasma (PECVD) é um processo crítico no fabrico de semicondutores, particularmente para depositar películas finas em bolachas de silício.O processo baseia-se em gases específicos que são ionizados no plasma para facilitar as reacções químicas, conduzindo à deposição dos materiais desejados.Os principais gases utilizados no PECVD incluem o silano (SiH4), o amoníaco (NH3), o azoto (N2), o óxido nitroso (N2O), o hélio (He), o hexafluoreto de enxofre (SF6) e o tetraetilortosilicato (TEOS).Estes gases são escolhidos com base na sua reatividade e no tipo de película fina que está a ser depositada, como revestimentos antirreflexo ou camadas dieléctricas.Além disso, algumas câmaras podem utilizar árgon (Ar), trifluoreto de azoto (NF3) e gases dopantes como a fosfina (PH4) e o diborano (B2H), embora estes últimos ainda não sejam amplamente utilizados nos processos.
Pontos-chave explicados:
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Gases primários em PECVD:
- Silano (SiH4):Um gás precursor essencial utilizado em PECVD para depositar películas finas à base de silício, tais como nitreto de silício (SiN) ou dióxido de silício (SiO2).É altamente reativo e constitui a espinha dorsal de muitos processos de deposição.
- Amoníaco (NH3):Frequentemente utilizado juntamente com o silano para depositar películas de nitreto de silício.O amoníaco fornece o azoto necessário para a formação de camadas de SiN, que são essenciais para revestimentos antirreflexo em células solares.
- Azoto (N2):Utilizado como gás de transporte ou diluente para controlar a velocidade de reação e estabilizar o plasma.Pode também participar em reacções para formar películas contendo azoto.
- Óxido nitroso (N2O):Normalmente utilizado para depositar películas de dióxido de silício (SiO2).Fornece oxigénio para a reação com o silano para formar SiO2.
- Hélio (He):Utilizado como gás de transporte para melhorar a estabilidade do plasma e a transferência de calor durante o processo de deposição.
- Hexafluoreto de Enxofre (SF6):Utilizado em processos de gravação ou limpeza de câmaras, pois é altamente eficaz na remoção de resíduos à base de silício.
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Gases especializados em PECVD:
- Tetraetilortosilicato (TEOS):Utilizado em câmaras de TEOS para depositar películas de dióxido de silício de alta qualidade.O TEOS é preferido pela sua capacidade de produzir películas uniformes e conformes.
- Árgon (Ar):Um gás inerte utilizado para estabilizar o plasma e melhorar a uniformidade da película.É frequentemente utilizado em combinação com outros gases reactivos.
- Trifluoreto de azoto (NF3):Utilizado para a limpeza da câmara para remover depósitos à base de silicone.É altamente eficaz e deixa um mínimo de resíduos.
- Gases dopantes (PH4 + B2H):Estes gases são utilizados para a dopagem de películas de silício, a fim de modificar as suas propriedades eléctricas.No entanto, a sua utilização é atualmente limitada e, até ao momento, não foram realizados processos com PH4 + B2H.
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Papel dos gases no PECVD:
- Formação de plasma:Gases como o silano e o amoníaco são ionizados por energia de radiofrequência (RF) para formar plasma, que é quimicamente reativo e permite a deposição de películas finas.
- Deposição de películas:As espécies reactivas no plasma interagem com o substrato para formar películas finas.Por exemplo, o silano e o amoníaco reagem para formar nitreto de silício, enquanto o silano e o óxido nitroso formam dióxido de silício.
- Limpeza da câmara:Gases como SF6 e NF3 são utilizados para limpar a câmara, removendo resíduos à base de silício, garantindo uma qualidade consistente da película nos processos subsequentes.
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Aplicações dos gases PECVD:
- Revestimentos antirreflexo:O silano e o amoníaco são utilizados para depositar películas de nitreto de silício, essenciais para reduzir a reflexão e melhorar a eficiência das células solares.
- Camadas dieléctricas:Gases como o TEOS e o óxido nitroso são utilizados para depositar películas de dióxido de silício, que servem de camadas isolantes em dispositivos semicondutores.
- Gravura e limpeza:O SF6 e o NF3 são utilizados para gravar materiais à base de silício e para limpar câmaras de deposição, respetivamente.
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Segurança e manuseamento:
- Muitos gases PECVD, como o silano e o amoníaco, são altamente tóxicos e inflamáveis.É necessário um manuseamento, armazenamento e sistemas de exaustão adequados para garantir a segurança.
- Os gases inertes, como o hélio e o árgon, são mais seguros, mas continuam a exigir uma ventilação adequada para evitar riscos de asfixia.
Ao compreender as funções e aplicações específicas destes gases, os compradores de equipamentos e consumíveis podem tomar decisões informadas sobre os materiais necessários para os processos PECVD.A escolha dos gases depende das propriedades desejadas do filme, dos requisitos do processo e das considerações de segurança.
Tabela de resumo:
| Tipo de gás | Gases primários | Gases especializados | Aplicações |
|---|---|---|---|
| Silano (SiH4) | Sim | Não | Deposita películas à base de silício (por exemplo, SiN, SiO2) |
| Amoníaco (NH3) | Sim | Não | Forma nitreto de silício para revestimentos antirreflexo |
| Nitrogénio (N2) | Sim | Não | Estabiliza o plasma e forma películas contendo azoto |
| Óxido nitroso (N2O) | Sim | Não | Deposita películas de dióxido de silício |
| Hélio (He) | Sim | Não | Melhora a estabilidade do plasma e a transferência de calor |
| Hexafluoreto de enxofre (SF6) | Sim | Não | Gravura e limpeza da câmara |
| TEOS | Não | Sim | Deposita películas de dióxido de silício de alta qualidade |
| Árgon (Ar) | Não | Sim | Estabiliza o plasma e melhora a uniformidade da película |
| Trifluoreto de azoto (NF3) | Não | Sim | Limpeza da câmara |
| Gases dopantes (PH4 + B2H) | Não | Sim | Modifica as propriedades eléctricas das películas de silício (utilização limitada) |
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