Teknoloji debaz nan plasma amelyore depo chimik vapè (PECVD)

1. Pwosesis prensipal nan plasma amelyore depo chimik vapè

Plasma amelyore depo chimik vapè (PECVD) se yon nouvo teknoloji pou kwasans fim mens pa reyaksyon chimik nan sibstans gaz ak èd nan plasma egzeyat lumineux. Paske teknoloji PECVD prepare pa egzeyat gaz, karakteristik reyaksyon yo nan plasma ki pa ekilib yo efektivman itilize, epi mòd ekipman pou enèji nan sistèm reyaksyon yo fondamantalman chanje. Anjeneral pale, lè teknoloji PECVD yo itilize pou prepare fim mens, kwasans fim mens sitou gen ladan twa pwosesis debaz sa yo.

Premyèman, nan plasma ki pa ekilib la, elektwon reyaji ak gaz reyaksyon an nan etap prensipal la pou dekonpoze gaz reyaksyon an epi fòme yon melanj iyon ak gwoup aktif;

Dezyèmman, tout kalite gwoup aktif difize ak transpòte nan sifas la ak miray ranpa a nan fim nan, ak reyaksyon segondè yo ant reyaktif yo rive nan menm tan an;

Finalman, tout kalite pwodwi reyaksyon prensipal ak segondè rive nan sifas kwasans yo adsorbed ak reyaji ak sifas la, akonpaye pa liberasyon an re nan molekil gaz.

Espesyalman, teknoloji PECVD ki baze sou metòd egzeyat lumineux ka fè gaz reyaksyon an ionize yo fòme plasma anba eksitasyon an nan jaden elektwomayetik ekstèn. Nan plasma egzeyat lumineux, enèji sinetik elektwon akselere pa jaden elektrik ekstèn anjeneral apeprè 10ev, oswa menm pi wo, ki se ase yo detwi lyezon chimik yo nan molekil gaz reyaktif. Se poutèt sa, atravè kolizyon an elastik nan elektwon ki gen gwo enèji ak molekil gaz reyaktif, molekil gaz yo pral ionize oswa dekonpoze yo pwodwi atòm net ak pwodwi molekilè. Iyon pozitif yo akselere pa kouch iyon akselere jaden elektrik ak kolizyon ak elektwòd anwo a. Genyen tou yon ti kouch iyon elektrik jaden tou pre elektwòd ki pi ba a, kidonk substra a tou bonbade pa iyon nan yon sèten mezi. Kòm yon rezilta, sibstans la net ki te pwodwi pa dekonpozisyon difize nan miray la tib ak substra. Nan pwosesis derive ak difizyon, patikil sa yo ak gwoup (atòm net ak molekil chimikman aktif yo rele gwoup) yo pral sibi reyaksyon molekil ion ak reyaksyon molekil gwoup akòz chemen an mwayèn kout gratis. Pwopriyete chimik sibstans chimik aktif yo (sitou gwoup) ki rive nan substra a epi yo adsorbe yo trè aktif, epi fim nan fòme pa entèraksyon ki genyen ant yo.

2. Reyaksyon chimik nan plasma

Paske eksitasyon an nan gaz reyaksyon an nan pwosesis la egzeyat lumineux se sitou kolizyon elèktron, reyaksyon yo elemantè nan plasma a se divès kalite, ak entèraksyon ki genyen ant plasma a ak sifas solid la tou trè konplèks, ki fè li pi difisil yo etidye mekanis la. nan pwosesis PECVD. Jiskaprezan, anpil sistèm reyaksyon enpòtan yo te optimize pa eksperyans pou jwenn fim ki gen pwopriyete ideyal. Pou depo fim mens ki baze sou Silisyòm ki baze sou teknoloji PECVD, si mekanis depo a ka pwofondman revele, pousantaj depo fim mens ki baze sou Silisyòm ka ogmante anpil sou premis pou asire ekselan pwopriyete fizik materyèl yo.

Kounye a, nan rechèch fim mens ki baze sou Silisyòm, idwojèn dilye silan (SiH4) lajman itilize kòm gaz reyaksyon paske gen yon sèten kantite idwojèn nan fim mens ki baze sou Silisyòm. H jwe yon wòl trè enpòtan nan fim mens ki baze sou Silisyòm. Li ka ranpli lyezon yo pandye nan estrikti materyèl la, anpil redwi nivo enèji defo, epi fasil reyalize kontwòl elèktron valans materyèl yo Depi frenn et al. Premye reyalize efè a dopan nan fim mens Silisyòm ak prepare premye junction PN nan, rechèch la sou preparasyon an ak aplikasyon nan fim mens ki baze sou Silisyòm ki baze sou teknoloji PECVD te devlope pa franchi ak limit. Se poutèt sa, reyaksyon chimik nan fim mens ki baze sou Silisyòm depoze pa teknoloji PECVD yo pral dekri ak diskite nan sa ki annapre yo.

Anba kondisyon egzeyat ekla, paske elektwon yo nan plasma silane gen plis pase plizyè enèji EV, H2 ak SiH4 pral dekonpoze lè yo fè kolizyon pa elektwon, ki fè pati reyaksyon prensipal la. Si nou pa konsidere eta entèmedyè eksite yo, nou ka jwenn reyaksyon disosyasyon sihm sa yo (M = 0,1,2,3) ak 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)

Dapre chalè estanda pwodiksyon molekil eta tè a, enèji ki nesesè pou pwosesis disosyasyon ki anwo yo (2.1) ~ (2.5) yo se 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV ak 4.5 EV respektivman. Elektwon enèji segondè nan plasma kapab tou sibi reyaksyon iyonizasyon sa yo

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)

Enèji ki nesesè pou (2.6) ~ (2.9) se 11.9, 12.3, 13.6 ak 15.3 EV respektivman. Akòz diferans nan enèji reyaksyon, pwobabilite pou reyaksyon (2.1) ~ (2.9) trè inegal. Anplis de sa, sihm ki te fòme ak pwosesis reyaksyon (2.1) ~ (2.5) pral sibi reyaksyon segondè sa yo pou ionize, tankou

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

Si reyaksyon ki pi wo a fèt pa mwayen yon sèl pwosesis elèktron, enèji ki nesesè se apeprè 12 eV oswa plis. Nan sans de lefèt ke kantite elektwon gwo enèji ki pi wo a 10ev nan plasma a fèb iyonize ak dansite elektwon nan 1010cm-3 se relativman ti anba presyon atmosferik la (10-100pa) pou preparasyon an nan fim ki baze sou Silisyòm, Kimilatif la. pwobabilite ionizasyon an jeneralman pi piti pase pwobabilite eksitasyon an. Se poutèt sa, pwopòsyon an nan konpoze iyonize ki anwo yo nan plasma silan se piti anpil, ak gwoup la net nan sihm se dominan. Rezilta analiz mas spectre yo tou pwouve konklizyon sa a [8]. Bourquard et al. Pli lwen fè remake ke konsantrasyon nan sihm diminye nan lòd la nan sih3, sih2, Si ak SIH, men konsantrasyon nan SiH3 te pi plis twa fwa sa ki nan SIH. Robertson et al. Rapòte ke nan pwodwi yo net nan sihm, pi silane te sitou itilize pou gwo pouvwa egzeyat, pandan y ap sih3 te sitou itilize pou ba-pouvwa egzeyat. Lòd konsantrasyon ki soti nan segondè rive nan ba te SiH3, SiH, Si, SiH2. Se poutèt sa, paramèt pwosesis plasma yo afekte konpozisyon sihm net pwodwi yo.

Anplis reyaksyon disosyasyon ak ionizasyon ki anwo yo, reyaksyon segondè ant molekil iyonik yo trè enpòtan tou.

SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

Se poutèt sa, an tèm de konsantrasyon ion, sih3 + se pi plis pase sih2 +. Li ka eksplike poukisa gen plis sih3 + iyon pase sih2 + iyon nan plasma SiH4.

Anplis de sa, pral gen yon reyaksyon kolizyon atòm molekilè nan ki atòm idwojèn yo nan plasma a pran idwojèn nan SiH4.

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

Li se yon reyaksyon ègzotèmik ak yon précurseur pou fòmasyon nan si2h6. Natirèlman, gwoup sa yo pa sèlman nan eta a tè, men tou, eksite nan eta a eksite nan plasma a. Spectre emisyon nan plasma silan montre ke gen eta eksite tranzisyon optik akseptab nan Si, SIH, h, ak eta eksite vibrasyon SiH2, SiH3.