Tecnulugia di basa di a deposizione chimica di vapore rinforzata di plasma (PECVD)

1. Prucessi principali di a deposizione di vapore chimica rinfurzata di plasma

A deposizione chimica di vapore rinforzata di plasma (PECVD) hè una nova tecnulugia per a crescita di filmi sottili per a reazione chimica di sustanzi gasuosi cù l'aiutu di plasma di scarica incandescente. Perchè a tecnulugia PECVD hè preparata per scaricamentu di gas, e caratteristiche di reazione di u plasma non-equilibriu sò utilizzate in modu efficace, è u modu di furnimentu di energia di u sistema di reazione hè cambiatu fundamentalmente. In generale, quandu a tecnulugia PECVD hè aduprata per preparà filmi sottili, a crescita di filmi sottili include principalmente i seguenti trè prucessi basi.

Prima, in u plasma non-equilibriu, l'elettroni reagiscenu cù u gasu di reazzione in u stadiu primariu per scumpressà u gasu di reazione è formanu una mistura di ioni è gruppi attivi;

Siconda, tutti i tipi di gruppi attivi diffonde è trasportu à a superficia è u muru di u filmu, è e reazzione secundaria trà i reactanti sò in u stessu tempu;

Infine, tutti i tipi di prudutti di reazzione primaria è secundaria chì ghjunghjenu à a superficia di crescita sò adsorbiti è reagiscenu cù a superficia, accumpagnati da a liberazione di molécule gaseous.

In particulare, a tecnulugia PECVD basatu annantu à u metudu di scaricamentu luminoso pò fà chì u gasu di reazione ionize per furmà plasma sottu l'eccitazione di u campu elettromagneticu esternu. In u plasma di scaricamentu luminoso, l'energia cinetica di l'elettroni accelerata da u campu elettricu esternu hè di solitu circa 10ev, o ancu più altu, chì hè abbastanza per distrughje i ligami chimichi di molécule di gas reattivu. Dunque, per via di a scontru inelastica di l'elettroni d'alta energia è di e molécule di gas reattivu, i molécule di gas seranu ionizzati o decomposti per pruduce atomi neutri è prudutti molecolari. L'ioni pusitivi sò accelerati da a strata di ioni chì acceleranu u campu elettricu è scontranu cù l'elettrodu superiore. Ci hè ancu un picculu campu elettricu di strata di ioni vicinu à l'elettrodu più bassu, cusì u sustrato hè ancu bombardatu da ioni in una certa misura. In u risultatu, a sustanza neutra prodotta da a descomposizione diffusa à u muru di u tubu è u sustrato. In u prucessu di drift è diffusion, sti particeddi è gruppi (l 'atomi neutrali chimicamenti attivi è mulèculi sò chjamati gruppi) vi sottumessi riazzioni mulècule ionu è reazzione mulècula gruppu duvuta à u cortu caminu mediu senza. I pruprietà chimichi di i sustanzi chimichi attivi (principalmente gruppi) chì ghjunghjenu à u sustrato è sò adsorbiti sò assai attivi, è a film hè furmatu da l'interazzione trà elli.

2. Reaczioni chimichi in plasma

Perchè l'excitazione di u gasu di reazione in u prucessu di scaricamentu luminoso hè principalmente una collisione di l'elettroni, e reazzioni elementari in u plasma sò diverse, è l'interazzione trà u plasma è a superficia solida hè ancu assai cumplessa, chì rende più difficiule di studià u mecanismu. di u prucessu PECVD. Finu a ora, assai sistemi di reazzione impurtanti sò stati ottimizzati da esperimenti per ottene filmi cù pruprietà ideali. Per a deposizione di filmi sottili basati in siliciu basatu nantu à a tecnulugia PECVD, se u mecanismu di deposizione pò esse revelatu in profondità, u tassu di deposizione di filmi sottili basati in siliciu pò esse aumentatu assai nantu à a premisa di assicurà e proprietà fisiche eccellenti di i materiali.

Attualmente, in a ricerca di filmi sottili basati in siliciu, silane dilutu di l'idrogenu (SiH4) hè largamente utilizatu cum'è gasu di reazzione perchè ci hè una certa quantità di idrogenu in i filmi sottili basati in siliciu. H ghjoca un rolu assai impurtante in i filmi sottili di silicone. Si pò riempia li ligami dangling in a struttura di u materiale, riduce assai u livellu di energia difettu, è facirmenti rializà u cuntrollu elettroni di valenza di i materiali Dapoi spear et al. Prima realizatu l'effettu doping di filmi sottili di silicium è preparatu u primu junction PN in, a ricerca nantu à a preparazione è l'appiecazione di filmi sottili basati in siliciu basatu nantu à a tecnulugia PECVD hè stata sviluppata da salti è limiti. Per quessa, a reazzione chimica in i filmi sottili basati in siliciu dipositu da a tecnulugia PECVD serà descritta è discussa in seguitu.

Sottu à a cundizione di scaricamentu incandescente, perchè l'elettroni in u plasma di silane anu più di parechje energia EV, H2 è SiH4 si decomponenu quandu sò collided da l'elettroni, chì appartene à a reazzione primaria. Se ùn avemu micca cunsideratu i stati eccitati intermedii, pudemu avè e seguenti reazzioni di dissociazione di sihm (M = 0,1,2,3) cù 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)

Sicondu u calore standard di produzzione di molécule di u statu di terra, l'energii necessarii per i prucessi di dissociazione sopra (2.1) ~ (2.5) sò rispettivamente 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV è 4.5 EV. L'elettroni d'alta energia in u plasma pò ancu esse sottumessi à e seguenti reazzioni di ionizazione

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 necessaria per (2.6) ~ (2.9) hè 11.9, 12.3, 13.6 è 15.3 EV rispettivamente. A causa di a diffarenza di l'energia di reazzione, a probabilità di reazzioni (2.1) ~ (2.9) hè assai irregulare. Inoltre, u sihm furmatu cù u prucessu di reazzione (2.1) ~ (2.5) subirà e seguenti reazzioni secundarii per ionizà, cum'è

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

Se a reazzione sopra hè realizata per mezu di un unicu prucessu elettronicu, l'energia necessaria hè di circa 12 eV o più. In vista di u fattu chì u nùmeru di elettroni d'alta energia sopra 10ev in u plasma debbuli ionizatu cù densità elettronica di 1010cm-3 hè relativamente chjuca sottu a pressione atmosferica (10-100pa) per a preparazione di filmi basati in silicuu, U cumulativu a probabilità di ionizazione hè generalmente più chjuca chè a probabilità di eccitazione. Dunque, a proporzione di i cumposti ionizzati sopra in u plasma di silane hè assai chjuca, è u gruppu neutru di sihm hè dominante. I risultati di l'analisi di spettru di massa prova ancu sta cunclusione [8]. Bourquard et al. In più hà dettu chì a cuncintrazione di sihm diminuite in l'ordine di sih3, sih2, Si è SIH, ma a cuncintrazione di SiH3 era almenu trè volte quella di SIH. Robertson et al. Reportatu chì in i prudutti neutrali di sihm, silane puru hè stata utilizata principalmente per a scaricamentu d'alta putenza, mentri sih3 hè stata utilizata principalmente per a scaricamentu di bassa putenza. L'ordine di cuncentrazione da alta à bassa era SiH3, SiH, Si, SiH2. Dunque, i paràmetri di u prucessu di plasma affettanu assai a cumpusizioni di i prudutti sihm neutrali.

In più di e reazzioni di dissociazione è ionizazione sopra, i reazzioni secundarii trà e molécule ioniche sò ancu assai impurtanti.

SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

Dunque, in termini di cuncentrazione di ioni, sih3 + hè più di sih2 +. Pò spiegà perchè ci sò più ioni sih3 + cà sih2 + ioni in plasma SiH4.

Inoltre, ci sarà una reazione di collisione di l'atomi moleculari in quale l'atomi di l'idrogenu in u plasma catturanu l'idrogenu in SiH4.

H+ SiH4→SiH3+H2 (2,14)

Hè una reazione esotermica è un precursore per a furmazione di si2h6. Di sicuru, sti gruppi ùn sò micca solu in u statu di terra, ma ancu eccitati à u statu eccitatu in u plasma. I spettri di emissione di plasma di silane mostranu chì ci sò stati eccitati di transizione otticamente ammissibili di Si, SIH, h, è stati eccitati vibrazionali di SiH2, SiH3.