Tecniche di deposizione di film sottili

Il settore della deposizione di film sottili si è evoluto rapidamente, portando configurazioni di deposizione più rapide, più scalabili e altamente efficienti.

Il settore della deposizione di film sottili si è evoluto rapidamente, portando configurazioni di deposizione più rapide, più scalabili e altamente efficienti. In questo articolo esploriamo due categorie di deposizione molto diffuse, la deposizione chimica da fase vapore (CVD) e la deposizione fisica da fase vapore (PVD), e ne evidenziamo le tecniche e le applicazioni.

Che cos’è la deposizione di film sottili?

La deposizione di film sottili consiste nell’applicare strati di materiale estremamente sottili a un substrato. Questi rivestimenti svolgono un ruolo essenziale nei semiconduttori, nelle celle solari, nell’ottica e in varie altre applicazioni che richiedono specificamente precisione nello spessore e nell’uniformità.

Le tecniche di deposizione di film sottili migliorano le proprietà superficiali dei componenti ingegneristici applicando rivestimenti di materiale sottili (< 1 micron). Di conseguenza, queste modifiche possono migliorare conducibilità, resistenza alla corrosione, usura, resistenza a fatica, durezza e altro ancora, a seconda del materiale e dell’applicazione.

Le applicazioni comuni dei film sottili comprendono:

- Componenti elettronici e display

- Rivestimenti ottici

- Dispositivi biomedicali

- Rivestimenti di superfici solide

- Sistemi di archiviazione dei dati

Tecniche di deposizione di film sottili

Pur esistendo molte tecniche di deposizione, questo articolo si concentra su quelle mostrate nella Figura 1, ovvero PVD e CVD.

Figura 1. Tecniche di deposizione di film sottili

Deposizione fisica da fase vapore (PVD)

Come suggerisce il nome, la deposizione fisica da fase vapore si basa su un processo fisico per depositare i film sottili. Il materiale bersaglio viene prima vaporizzato da una forma solida in plasma o ioni. Successivamente si sposta sulla superficie del substrato, dove condensa e cresce formando un film.

Figura 2. Tecniche di deposizione fisica da fase vapore

Evaporazione termica

L’evaporazione termica utilizza l’energia termica di un elemento riscaldante in tungsteno o di un fascio di elettroni per vaporizzare il materiale bersaglio. Dopo la vaporizzazione, il materiale attraversa un vuoto spinto (1 x 10‑6 a 1 x 10‑9 Torr) e si deposita sul substrato, dove condensa in un film solido.

Questo metodo deposita tipicamente metalli puri, ossidi, nitruri e non metalli. In particolare, viene utilizzato per depositare strati metallici elettricamente conduttivi su celle solari, display OLED e transistor a film sottile.

Deposizione per sputtering

La deposizione per sputtering trasferisce ioni da un materiale bersaglio a un materiale substrato mediante plasma, spesso di argon, in una camera a vuoto (0 – 0,03 Torr).

Pur variando le tecniche di deposizione per sputtering, la configurazione di base resta coerente. Il materiale bersaglio è collegato a un catodo carico negativamente e il substrato è collegato a un anodo carico positivamente. Gli elettroni liberi accelerano verso l’anodo e collidono con gli atomi di argon, creando ioni carichi positivamente. Questi ioni accelerano poi verso il catodo e staccano atomi dal bersaglio, che si depositano poi sulla superficie del substrato.

La deposizione per sputtering è stata applicata per la prima volta nella produzione di dischi rigidi per computer. Oggi è ampiamente utilizzata nella lavorazione dei circuiti integrati, nei rivestimenti a film antiriflesso e ad alta emissività, negli utensili da taglio e nel rivestimento di CD/DVD.

Deposizione chimica da fase vapore (CVD)

La deposizione chimica da fase vapore forma un film sottile attraverso una reazione chimica, che di solito coinvolge un materiale bersaglio gassoso che reagisce in prossimità del substrato. I processi CVD utilizzano regolatori di portata massica per introdurre quantità precise di reagenti gassosi in una camera di processo. Questi reagenti raggiungono la superficie del substrato, dove avviene la reazione chimica desiderata. Successivamente, i sottoprodotti vengono rimossi.

Figura 3. Tecniche di deposizione chimica da fase vapore

Deposizione chimica da fase vapore a bassa pressione (LPCVD)

La deposizione chimica da fase vapore a bassa pressione (LPCVD) opera a 0,1–10 Torr e 200–800 °C. I reagenti entrano nella camera tramite un sistema a doccia, mentre le pareti della camera restano fredde e il substrato è riscaldato. Questa configurazione favorisce le reazioni superficiali eterogenee. Una volta completata la reazione, i sottoprodotti escono tramite pompe per vuoto.

La LPCVD è spesso utilizzata per produrre resistori, dielettrici per condensatori, MEMS e rivestimenti antiriflesso.

Deposizione chimica da fase vapore assistita da plasma (PECVD)

La deposizione chimica da fase vapore assistita da plasma utilizza il plasma per fornire l’energia necessaria a facilitare la reazione chimica che guida la deposizione. L’energia elettrica crea questo plasma di gas neutro. La PECVD viene eseguita a 2 – 10 Torr e a temperature relativamente basse, da 200 – 400°C.

La PECVD è ampiamente utilizzata nella produzione di celle solari e di microelettronica. Cosa importante, poiché la PECVD funziona a temperature più basse, è adatta a substrati che non possono sopportare il calore elevato di altre tecniche.

Deposizione a strati atomici (ALD)

La deposizione a strati atomici impiega in genere due precursori che reagiscono in sequenza con la superficie del substrato. Il film sottile viene depositato alternando i precursori immessi nella camera. Di conseguenza, questo consente all’utente di depositare lo strato di film sottile desiderato strato dopo strato e offre un controllo superiore sullo spessore del film.

L’ALD è comunemente usata nella fabbricazione di microelettronica. Ad esempio, le applicazioni comprendono testine di registrazione magnetica, gate stack dei MOSFET, condensatori DRAM e memorie ferroelettriche non volatili. Viene inoltre utilizzata per migliorare le proprietà superficiali dei dispositivi biomedicali impiantabili.

Conclusione

La scelta del metodo di deposizione di film sottili giusto dipende in ultima analisi dai requisiti del vostro processo. Comprendere queste tecniche vi aiuta quindi a selezionare l’opzione migliore per massimizzare la qualità del rivestimento e la produttività.

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