1. Principals processos de deposició de vapor químic millorat per plasma
La deposició de vapor químic millorada per plasma (PECVD) és una nova tecnologia per al creixement de pel·lícules primes per reacció química de substàncies gasoses amb l'ajuda de plasma de descàrrega brillant. Com que la tecnologia PECVD es prepara per descàrrega de gas, les característiques de reacció del plasma no equilibrat s'utilitzen eficaçment i es canvia fonamentalment el mode de subministrament d'energia del sistema de reacció. En termes generals, quan s'utilitza la tecnologia PECVD per preparar pel·lícules primes, el creixement de les pel·lícules primes inclou principalment els tres processos bàsics següents
En primer lloc, en el plasma sense equilibri, els electrons reaccionen amb el gas de reacció en l'etapa primària per descompondre el gas de reacció i formar una barreja d'ions i grups actius;
En segon lloc, tot tipus de grups actius es difonen i es transporten a la superfície i a la paret de la pel·lícula, i les reaccions secundàries entre els reactius es produeixen al mateix temps;
Finalment, tot tipus de productes de reacció primaris i secundaris que arriben a la superfície de creixement s'adsorbeixen i reaccionen amb la superfície, acompanyats de l'alliberament de molècules gasoses.
Concretament, la tecnologia PECVD basada en el mètode de descàrrega brillant pot fer que el gas de reacció s'ioni per formar plasma sota l'excitació del camp electromagnètic extern. En el plasma de descàrrega brillant, l'energia cinètica dels electrons accelerada pel camp elèctric extern sol ser d'uns 10 ev, o fins i tot més, que és suficient per destruir els enllaços químics de les molècules de gas reactius. Per tant, mitjançant la col·lisió inelàstica d'electrons d'alta energia i molècules de gas reactiu, les molècules de gas seran ionitzades o descompostes per produir àtoms neutres i productes moleculars. Els ions positius són accelerats per la capa iònica que accelera el camp elèctric i xoquen amb l'elèctrode superior. També hi ha un petit camp elèctric de capa iònica a prop de l'elèctrode inferior, de manera que el substrat també és bombardejat per ions fins a cert punt. Com a resultat, la substància neutra produïda per la descomposició es difon a la paret del tub i al substrat. En el procés de deriva i difusió, aquestes partícules i grups (els àtoms i molècules neutres químicament actius s'anomenen grups) experimentaran una reacció de molècules d'ions i una reacció de molècules de grup a causa del camí lliure mitjà curt. Les propietats químiques de les substàncies actives químiques (principalment grups) que arriben al substrat i s'adsorbeixen són molt actives, i la pel·lícula es forma per la interacció entre elles.
2. Reaccions químiques en plasma
Com que l'excitació del gas de reacció en el procés de descàrrega brillant és principalment una col·lisió d'electrons, les reaccions elementals del plasma són diverses i la interacció entre el plasma i la superfície sòlida també és molt complexa, cosa que fa que sigui més difícil estudiar el mecanisme. del procés PECVD. Fins ara, molts sistemes de reacció importants han estat optimitzats mitjançant experiments per obtenir pel·lícules amb propietats ideals. Per a la deposició de pel·lícules primes basades en silici basades en la tecnologia PECVD, si el mecanisme de deposició es pot revelar profundament, la taxa de deposició de pel·lícules primes basades en silici es pot augmentar molt amb la premissa de garantir les excel·lents propietats físiques dels materials.
Actualment, en la investigació de pel·lícules primes a base de silici, el silà diluït amb hidrogen (SiH4) s'utilitza àmpliament com a gas de reacció perquè hi ha una certa quantitat d'hidrogen a les pel·lícules primes a base de silici. H juga un paper molt important en les pel·lícules primes a base de silici. Pot omplir els enllaços penjants de l'estructura del material, reduir molt el nivell d'energia del defecte i adonar-se fàcilment del control d'electrons de valència dels materials, ja que Spear et al. Primer es va adonar de l'efecte dopatge de les pel·lícules primes de silici i es va preparar la primera unió PN, la investigació sobre la preparació i aplicació de pel·lícules primes basades en silici basades en la tecnologia PECVD s'ha desenvolupat a passos de gegant. Per tant, a continuació es descriurà i es discutirà la reacció química en pel·lícules primes a base de silici dipositades mitjançant la tecnologia PECVD.
Sota la condició de descàrrega brillant, com que els electrons del plasma de silà tenen més de diverses energies EV, H2 i SiH4 es descompondran quan xoquen amb electrons, que pertany a la reacció primària. Si no considerem els estats excitats intermedis, podem obtenir les següents reaccions de dissociació de sihm (M = 0,1,2,3) amb H
e+SiH4→SiH2+H2+e (2.1)
e+SiH4→SiH3+ H+e (2,2)
e+SiH4→Si+2H2+e (2,3)
e+SiH4→SiH+H2+H+e (2,4)
e+H2→2H+e (2,5)
Segons la calor estàndard de producció de molècules d'estat fonamental, les energies necessàries per als processos de dissociació anteriors (2.1) ~ (2.5) són 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV i 4.5 EV respectivament. Els electrons d'alta energia del plasma també poden patir les següents reaccions d'ionització
e+SiH4→SiH2++H2+2e (2,6)
e+SiH4→SiH3++ H+2e (2,7)
e+SiH4→Si++2H2+2e (2,8)
e+SiH4→SiH++H2+H+2e (2,9)
L'energia necessària per a (2.6) ~ (2.9) és 11.9, 12.3, 13.6 i 15.3 EV respectivament. A causa de la diferència d'energia de reacció, la probabilitat de reaccions (2.1) ~ (2.9) és molt desigual. A més, el sihm format amb el procés de reacció (2.1) ~ (2.5) patirà les següents reaccions secundàries per ionitzar-se, com ara
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Si la reacció anterior es porta a terme mitjançant un sol procés d'electrons, l'energia requerida és d'uns 12 eV o més. Atès que el nombre d'electrons d'alta energia per sobre de 10 ev en el plasma dèbilment ionitzat amb una densitat d'electrons de 1010 cm-3 és relativament petit sota la pressió atmosfèrica (10-100pa) per a la preparació de pel·lícules a base de silici, l'acumulació la probabilitat d'ionització és generalment menor que la probabilitat d'excitació. Per tant, la proporció dels compostos ionitzats anteriors al plasma de silà és molt petita i el grup neutre de sihm és dominant. Els resultats de l'anàlisi de l'espectre de masses també demostren aquesta conclusió [8]. Bourquard et al. A més, va assenyalar que la concentració de sihm va disminuir en l'ordre de sih3, sih2, Si i SIH, però la concentració de SiH3 era com a màxim tres vegades la de SIH. Robertson et al. Es va informar que en els productes neutres de sihm, el silà pur s'utilitzava principalment per a la descàrrega d'alta potència, mentre que sih3 s'utilitzava principalment per a la descàrrega de baixa potència. L'ordre de concentració d'alt a baix va ser SiH3, SiH, Si, SiH2. Per tant, els paràmetres del procés de plasma afecten fortament la composició dels productes neutres sihm.
A més de les reaccions de dissociació i ionització anteriors, les reaccions secundàries entre molècules iòniques també són molt importants
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2,13)
Per tant, en termes de concentració d'ions, sih3 + és més que sih2 +. Pot explicar per què hi ha més ions sih3 + que sih2 + ions al plasma SiH4.
A més, hi haurà una reacció de col·lisió d'àtoms moleculars en la qual els àtoms d'hidrogen del plasma capturen l'hidrogen en SiH4.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2,14)
És una reacció exotèrmica i precursora de la formació de si2h6. Per descomptat, aquests grups no només es troben en l'estat fonamental, sinó també excitats a l'estat excitat al plasma. Els espectres d'emissió del plasma de silà mostren que hi ha estats excitats de transició òpticament admissibles de Si, SIH, h i estats excitats vibracionals de SiH2, SiH3.
Hora de publicació: abril-07-2021