Teicneolaíocht bhunúsach de thaisceadh gaile ceimiceach feabhsaithe plasma (PECVD)

1. Príomhphróisis de thaisceadh gaile ceimiceach feabhsaithe plasma

Is teicneolaíocht nua é taisceadh gal ceimiceach feabhsaithe plasma (PECVD) chun scannáin thanaí a fhás trí imoibriú ceimiceach substaintí gásacha le cabhair ó phlasma urscaoilte glow. Toisc go n-ullmhaítear teicneolaíocht PECVD trí urscaoileadh gáis, úsáidtear tréithe imoibrithe plasma neamhchothromaithe go héifeachtach, agus déantar athrú bunúsach ar chóras imoibrithe modh soláthair fuinnimh. Go ginearálta, nuair a úsáidtear teicneolaíocht PECVD chun scannáin tanaí a ullmhú, cuimsíonn fás scannáin tanaí go príomha na trí phróiseas bunúsacha seo a leanas

Ar an gcéad dul síos, sa phlasma neamhchothromaíochta, imoibríonn leictreoin leis an ngás imoibrithe sa bhunchéim chun an gás imoibrithe a dhianscaoileadh agus déanann siad meascán d'ian agus grúpaí gníomhacha;

Ar an dara dul síos, déanann gach cineál grúpaí gníomhacha idirleata agus iompar go dtí an dromchla agus balla an scannáin, agus tarlaíonn na frithghníomhartha tánaisteacha idir na himoibreoirí ag an am céanna;

Mar fhocal scoir, déantar gach cineál táirgí imoibrithe príomhúla agus tánaisteacha a shroicheann an dromchla fáis a adsorbadh agus imoibríonn siad leis an dromchla, agus ath-scaoileadh móilíní gásacha ag gabháil leo.

Go sonrach, is féidir le teicneolaíocht PECVD atá bunaithe ar mhodh urscaoilte glow an gás imoibrithe a ianú chun plasma a fhoirmiú faoi excitation réimse leictreamaighnéadach seachtrach. I plasma urscaoileadh glow, is gnách go mbíonn fuinneamh cinéiteach na leictreon a luathaítear le réimse leictreach seachtrach thart ar 10ev, nó níos airde fós, rud atá go leor chun bannaí ceimiceacha na móilíní gáis imoibríocha a scriosadh. Mar sin, trí imbhualadh neamhleaisteach leictreoin ardfhuinnimh agus móilíní gáis imoibríocha, déanfar na móilíní gáis a ianú nó a dhianscaoileadh chun adaimh neodracha agus táirgí móilíneacha a tháirgeadh. Luasghéaraítear na hiain dheimhneacha ag an gciseal ian a luathaíonn an réimse leictrigh agus imbhuaileann siad leis an leictreoid uachtarach. Tá réimse leictreach ciseal ian beag freisin in aice leis an leictreoid níos ísle, agus mar sin tá an tsubstráit bombarded ag hiain go pointe áirithe. Mar thoradh air sin, idirleata an tsubstaint neodrach a tháirgtear trí dhianscaoileadh go dtí an balla feadán agus tsubstráit. Sa phróiseas srutha agus idirleata, rachaidh na cáithníní agus na grúpaí seo (ar a dtugtar grúpaí ar adaimh agus móilíní neodracha atá gníomhach go ceimiceach) faoi imoibriú móilíní ian agus imoibriú móilíní grúpa mar gheall ar an gcosán saor ó mheán gearr. Tá airíonna ceimiceacha na substaintí gníomhacha ceimiceacha (go príomha grúpaí) a shroicheann an tsubstráit agus a adsorbed an-ghníomhach, agus déantar an scannán a fhoirmiú ag an idirghníomhaíocht eatarthu.

2. Imoibrithe ceimiceacha i plasma

Toisc gur imbhualadh leictreon den chuid is mó é excitation an gháis imoibrithe sa phróiseas urscaoilte glow, tá na frithghníomhartha bunúsacha sa plasma éagsúla, agus tá an idirghníomhaíocht idir an plasma agus an dromchla soladach an-chasta freisin, rud a fhágann go bhfuil sé níos deacra staidéar a dhéanamh ar an meicníocht. den phróiseas PECVD. Go dtí seo, tá go leor córais imoibrithe tábhachtacha optamaithe ag turgnaimh chun scannáin a fháil le hairíonna idéalach. Chun scannáin tanaí sileacain-bhunaithe a thaisceadh bunaithe ar theicneolaíocht PECVD, más féidir an mheicníocht taisce a nochtadh go domhain, is féidir an ráta taiscthe de scannáin tanaí sileacain-bhunaithe a mhéadú go mór ar an mbonn go n-áiritheofar airíonna fisiceacha den scoth na n-ábhar.

Faoi láthair, i dtaighde scannáin tanaí sileacain-bhunaithe, úsáidtear silane caolaithe hidrigine (SiH4) go forleathan mar an gás imoibrithe toisc go bhfuil méid áirithe hidrigine sna scannáin tanaí sileacain-bhunaithe. Tá ról an-tábhachtach ag H sna scannáin tanaí sileacain-bhunaithe. Is féidir leis na bannaí dangling sa struchtúr ábhartha a líonadh, an leibhéal fuinnimh locht a laghdú go mór, agus rialú leictreon valence na n-ábhar a bhaint amach go héasca Ós rud é spear et al. Ar dtús thuig éifeacht dópála scannáin tanaí sileacain agus d'ullmhaigh an chéad acomhal PN isteach, tá an taighde ar ullmhú agus cur i bhfeidhm scannáin tanaí sileacain-bhunaithe bunaithe ar theicneolaíocht PECVD forbartha ag Raidió Rí Rá. Dá bhrí sin, déanfar cur síos agus plé ar an imoibriú ceimiceach i scannáin tanaí sileacain-bhunaithe a thaisceadh le teicneolaíocht PECVD mar seo a leanas.

Faoi choinníoll an urscaoilte glow, toisc go bhfuil níos mó ná roinnt fuinnimh EV ag na leictreoin sa plasma silane, déanfaidh H2 agus SiH4 dianscaoileadh nuair a bhíonn leictreoin imbhuailte acu, a bhaineann leis an imoibriú príomhúil. Mura ndéanaimid machnamh ar na stáit corraithe idirmheánacha, is féidir linn na frithghníomhartha díthiomsaithe seo a leanas de sihm (M = 0,1,2,3) a fháil le 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)

De réir teasa caighdeánach táirgeachta na móilíní stáit talún, is iad 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV agus 4.5 EV faoi seach an fuinneamh is gá do na próisis díthiomsaithe thuas (2.1) ~ (2.5). Is féidir leis na frithghníomhartha ianúcháin seo a leanas a bheith ag leictreoin ardfhuinnimh i bplasma freisin

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)

Is é an fuinneamh atá ag teastáil le haghaidh (2.6) ~ (2.9) ná 11.9, 12.3, 13.6 agus 15.3 EV faoi seach. Mar gheall ar an difríocht fuinnimh imoibrithe, tá an dóchúlacht imoibrithe (2.1) ~ (2.9) an-míchothrom. Ina theannta sin, déanfar an sihm a foirmíodh leis an bpróiseas imoibrithe (2.1) ~ (2.5) faoi na frithghníomhartha tánaisteacha seo a leanas chun ianú, mar shampla

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

Má dhéantar an t-imoibriú thuas trí phróiseas leictreoin amháin, tá an fuinneamh atá ag teastáil thart ar 12 eV nó níos mó. I bhfianaise an bhfíric go bhfuil líon na leictreon ard-fhuinnimh os cionn 10ev sa plasma lag ianaithe le dlús leictreon de 1010cm-3 sách beag faoi bhrú an atmaisféir (10-100pa) le haghaidh ullmhú scannáin sileacain-bhunaithe, An carnach tá dóchúlacht ianúcháin níos lú go ginearálta ná an dóchúlacht excitation. Dá bhrí sin, tá an cion de na comhdhúile ianaithe thuas i plasma silane an-bheag, agus tá an grúpa neodrach sihm ceannasach. Cruthaíonn torthaí na hanailíse mais-speictrim an chonclúid seo freisin [8]. Bourquard et al. Cuireadh in iúl freisin gur tháinig laghdú ar an tiúchan sihm san ord sih3, sih2, Si agus SIH, ach bhí an tiúchan de SiH3 faoi thrí ar a mhéad níos mó ná an tiúchan SIH. Bhí Robertson et al. Tuairiscíodh gur úsáideadh silane íon go príomha i dtáirgí neodracha sihm le haghaidh urscaoileadh ardchumhachta, agus úsáideadh sih3 go príomha le haghaidh urscaoileadh ísealchumhachta. Ba é an t-ord tiúchana ó ard go híseal ná SiH3, SiH, Si, SiH2. Dá bhrí sin, bíonn tionchar láidir ag paraiméadair an phróisis plasma ar chomhdhéanamh táirgí neodracha sihm.

Chomh maith leis na himoibrithe díthiomsaithe agus ianúcháin thuas, tá na himoibrithe tánaisteacha idir móilíní ianacha an-tábhachtach freisin

SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

Dá bhrí sin, i dtéarmaí tiúchan ian, tá sih3 + níos mó ná sih2 +. Is féidir leis a mhíniú cén fáth a bhfuil níos mó iain sih3+ ná iain sih2+ i bplasma SiH4.

Ina theannta sin, beidh imoibriú imbhuailte adaimh mhóilíneach ann ina ngabhfaidh na hadaimh hidrigine sa phlasma an hidrigin i SiH4

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

Is imoibriú eisiteirmeach é agus réamhtheachtaí chun si2h6 a fhoirmiú. Ar ndóigh, tá na grúpaí seo ní hamháin sa stát na talún, ach freisin ar bís leis an staid excited sa plasma. Léiríonn speictrim astaíochta plasma silane go bhfuil staideanna sceitimíní trasdula atá inghlactha go optúil de Si, SIH, h, agus stáit sceirdiúla creathadh SiH2, SiH3