Técnicas de deposición de películas delgadas

El sector de la deposición de películas delgadas ha evolucionado con rapidez y ha traído montajes de deposición más rápidos, más escalables y muy eficientes.

El sector de la deposición de películas delgadas ha evolucionado con rapidez y ha traído montajes de deposición más rápidos, más escalables y muy eficientes. En este artículo exploramos dos categorías de deposición muy utilizadas, la deposición química en fase vapor (CVD) y la deposición física en fase vapor (PVD), y destacamos sus técnicas y aplicaciones.

¿Qué es la deposición de películas delgadas?

La deposición de películas delgadas consiste en aplicar capas de material extremadamente finas sobre un sustrato. Estos recubrimientos desempeñan un papel esencial en los semiconductores, las células solares, la óptica y otras aplicaciones que exigen específicamente precisión en el espesor y la uniformidad.

Las técnicas de deposición de películas delgadas mejoran las propiedades superficiales de los componentes de ingeniería aplicando recubrimientos de material delgados (< 1 micra). Como resultado, estas modificaciones pueden mejorar la conductividad, la resistencia a la corrosión, el desgaste, la resistencia a la fatiga, la dureza y más, según el material y la aplicación.

Entre las aplicaciones habituales de las películas delgadas figuran:

- Componentes electrónicos y pantallas

- Recubrimientos ópticos

- Dispositivos biomédicos

- Recubrimientos de superficies sólidas

- Sistemas de almacenamiento de datos

Técnicas de deposición de películas delgadas

Aunque existen muchas técnicas de deposición, este artículo se centra en las que se muestran en la figura 1, a saber, la PVD y la CVD.

Figura 1. Técnicas de deposición de películas delgadas

Deposición física en fase vapor (PVD)

Como su nombre indica, la deposición física en fase vapor se basa en un proceso físico para depositar películas delgadas. El material objetivo se vaporiza primero, pasando de forma sólida a plasma o iones. Después se desplaza hasta la superficie del sustrato, donde se condensa y crece hasta formar una película.

Figura 2. Técnicas de deposición física en fase vapor

Evaporación térmica

La evaporación térmica utiliza energía térmica de un elemento calefactor de tungsteno o de un haz de electrones para vaporizar el material objetivo. Tras la vaporización, el material atraviesa un vacío de alta presión (1 x 10‑6 a 1 x 10‑9 Torr) y se deposita sobre el sustrato, donde se condensa hasta formar una película sólida.

Este método suele depositar metales puros, óxidos, nitruros y no metales. En particular, se utiliza para depositar capas metálicas conductoras de la electricidad en células solares, pantallas OLED y transistores de película delgada.

Deposición por pulverización catódica

La deposición por pulverización catódica transfiere iones de un material objetivo a un material sustrato mediante plasma, a menudo de argón, en una cámara de vacío (0 – 0,03 Torr).

Aunque las técnicas de deposición por pulverización catódica varían, el montaje básico se mantiene constante. El material objetivo se conecta a un cátodo con carga negativa y el sustrato se conecta a un ánodo con carga positiva. Los electrones libres se aceleran hacia el ánodo y chocan con átomos de argón, creando iones con carga positiva. Estos iones se aceleran entonces hacia el cátodo y arrancan átomos del material objetivo, que luego se depositan en la superficie del sustrato.

La deposición por pulverización catódica se aplicó por primera vez en la producción de discos duros de ordenador. Hoy se utiliza ampliamente en el procesamiento de circuitos integrados, en recubrimientos de película antirreflectante y de alta emisividad, en herramientas de corte y en el recubrimiento de CD/DVD.

Deposición química en fase vapor (CVD)

La deposición química en fase vapor forma una película delgada mediante una reacción química, normalmente con un material objetivo gaseoso que reacciona cerca del sustrato. Los procesos CVD utilizan controladores de caudal másico para introducir cantidades precisas de reactivos gaseosos en una cámara de proceso. Estos reactivos viajan hasta la superficie del sustrato, donde tiene lugar la reacción química deseada. Después se eliminan los subproductos.

Figura 3. Técnicas de deposición química en fase vapor

Deposición química en fase vapor a baja presión (LPCVD)

La deposición química en fase vapor a baja presión (LPCVD) funciona a 0,1–10 Torr y 200–800 °C. Los reactivos entran en la cámara mediante un sistema de ducha (showerhead), mientras las paredes de la cámara permanecen frías y el sustrato se calienta. Este montaje favorece las reacciones superficiales heterogéneas. Una vez completada la reacción, los subproductos salen mediante bombas de vacío.

La LPCVD se utiliza con frecuencia para producir resistencias, dieléctricos de condensadores, MEMS y recubrimientos antirreflectantes.

Deposición química en fase vapor asistida por plasma (PECVD)

La deposición química en fase vapor asistida por plasma utiliza plasma para aportar la energía necesaria para facilitar la reacción química que impulsa la deposición. La energía eléctrica crea este plasma de gas neutro. La PECVD se realiza a 2 – 10 Torr y a temperaturas relativamente bajas, de 200 – 400°C.

La PECVD se utiliza ampliamente en la producción de células solares y de microelectrónica. Es importante señalar que, como la PECVD funciona a temperaturas más bajas, es adecuada para sustratos que no soportan el calor elevado de otras técnicas.

Deposición de capas atómicas (ALD)

La deposición de capas atómicas emplea por lo general dos precursores que reaccionan con la superficie del sustrato de forma secuencial. La película delgada se deposita alternando los precursores que se introducen en la cámara. En consecuencia, esto permite al usuario depositar la capa de película delgada deseada capa por capa y ofrece un control superior del espesor de la película.

La ALD se utiliza habitualmente en la fabricación de microelectrónica. Por ejemplo, sus aplicaciones incluyen cabezales de grabación magnética, pilas de puerta de MOSFET, condensadores de DRAM y memorias ferroeléctricas no volátiles. También se utiliza para mejorar las propiedades superficiales de dispositivos biomédicos implantables.

Conclusión

Elegir el método de deposición de películas delgadas adecuado depende, en última instancia, de los requisitos de su proceso. Por ello, comprender estas técnicas le ayuda a seleccionar la mejor opción para maximizar la calidad del recubrimiento y el rendimiento productivo.

Con un tiempo de respuesta de 10 ms, una exactitud de hasta el 0,5 % de la lectura y la capacidad de integrarse fácilmente en su montaje existente, los controladores de caudal másico MCE o MCV‑Series de Alicat permiten producir recubrimientos de alta calidad y repetibles en una gran variedad de montajes de deposición.

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