1. Плазмада күшейтілген химиялық будың тұндыруының негізгі процестері
Плазмадағы күшейтілген химиялық бу тұндыру (PECVD) – жарқыраған разряд плазмасының көмегімен газ тәрізді заттардың химиялық реакциясы арқылы жұқа қабықшаларды өсірудің жаңа технологиясы. PECVD технологиясы газ разряды арқылы дайындалғандықтан, тепе-теңдік емес плазманың реакциялық сипаттамалары тиімді пайдаланылады және реакция жүйесінің энергиямен қамтамасыз ету режимі түбегейлі өзгереді. Жалпы айтқанда, PECVD технологиясы жұқа қабықшаларды дайындау үшін пайдаланылған кезде, жұқа қабықшалардың өсуі негізінен келесі үш негізгі процесті қамтиды
Біріншіден, тепе-теңдіксіз плазмада электрондар реакция газымен реакция газын ыдыратып, иондар мен белсенді топтардың қоспасын түзу үшін бірінші сатыдағы реакция газымен әрекеттеседі;
Екіншіден, белсенді топтардың барлық түрлері диффузияланады және қабықшаның бетіне және қабырғасына тасымалданады және әрекеттесуші заттар арасындағы екіншілік реакциялар бір уақытта жүреді;
Ақырында, өсу бетіне жеткен бастапқы және қайталама реакция өнімдерінің барлық түрлері адсорбцияланады және газ тәрізді молекулалардың қайта бөлінуімен бірге бетпен әрекеттеседі.
Атап айтқанда, жарқырауды разряд әдісіне негізделген PECVD технологиясы сыртқы электромагниттік өрістің қозуы кезінде плазманы қалыптастыру үшін реакция газын иондауға мүмкіндік береді. Жарқырауды разряд плазмасында сыртқы электр өрісі арқылы үдетілген электрондардың кинетикалық энергиясы әдетте шамамен 10ев немесе одан да жоғары болады, бұл реактивті газ молекулаларының химиялық байланыстарын бұзуға жеткілікті. Демек, жоғары энергиялы электрондар мен реактивті газ молекулаларының серпімсіз соқтығысуы арқылы газ молекулалары бейтарап атомдар мен молекулалық өнімдерді алу үшін иондалады немесе ыдырайтын болады. Оң иондар электр өрісін үдететін ион қабаты арқылы үдетіліп, жоғарғы электродпен соқтығысады. Сондай-ақ төменгі электродтың жанында шағын иондық қабат электр өрісі бар, сондықтан субстрат белгілі бір дәрежеде иондармен бомбаланады. Нәтижесінде ыдырау нәтижесінде пайда болған бейтарап зат түтік қабырғасына және субстратқа таралады. Дрейф пен диффузия процесінде бұл бөлшектер мен топтар (химиялық белсенді бейтарап атомдар мен молекулалар топтар деп аталады) қысқа орташа еркін жолға байланысты иондық молекулалық реакцияға және топтық молекулалық реакцияға түседі. Субстратқа жетіп, адсорбцияланатын химиялық белсенді заттардың (негізінен топтар) химиялық қасиеттері өте белсенді және олардың арасындағы өзара әрекеттесу нәтижесінде қабықша түзіледі.
2. Плазмадағы химиялық реакциялар
Жарқырау разряды процесінде реакция газының қозуы негізінен электрондардың соқтығысуы болғандықтан, плазмадағы элементар реакциялар әртүрлі және плазма мен қатты беттің өзара әрекеттесуі де өте күрделі, бұл механизмді зерттеуді қиындатады. PECVD процесі. Осы уақытқа дейін көптеген маңызды реакция жүйелері идеалды қасиеттері бар пленкаларды алу үшін эксперименттер арқылы оңтайландырылған. PECVD технологиясы негізінде кремний негізіндегі жұқа қабықшаларды тұндыру үшін, егер тұндыру механизмін терең ашуға болатын болса, материалдардың тамаша физикалық қасиеттерін қамтамасыз ету негізінде кремний негізіндегі жұқа қабықшалардың шөгу жылдамдығын айтарлықтай арттыруға болады.
Қазіргі уақытта кремний негізіндегі жұқа қабықшаларды зерттеуде реакция газы ретінде сутегі сұйылтылған силан (SiH4) кеңінен қолданылады, өйткені кремний негізіндегі жұқа қабықшаларда сутегінің белгілі бір мөлшері бар. H кремний негізіндегі жұқа қабықшаларда өте маңызды рөл атқарады. Ол материал құрылымындағы салбыраған байланыстарды толтыра алады, ақаулық энергия деңгейін айтарлықтай төмендетеді және материалдардың валенттік электронды бақылауын оңай жүзеге асырады, өйткені найза және т.б. Алғаш рет кремний жұқа қабықшаларының допингтік әсерін түсінді және бірінші PN түйісуін дайындады, PECVD технологиясы негізінде кремний негізіндегі жұқа қабықшаларды дайындау және қолдану бойынша зерттеулер қарқынды дамыды. Сондықтан PECVD технологиясымен тұндырылған кремний негізіндегі жұқа қабықшалардағы химиялық реакция төменде сипатталады және талқыланады.
Жарқырау разряды жағдайында, силан плазмасындағы электрондар бірнеше EV энергиясына ие болғандықтан, H2 және SiH4 бастапқы реакцияға жататын электрондармен соқтығысқанда ыдырайды. Егер аралық қоздырылған күйлерді қарастырмасақ, онда сихмнің (М = 0,1,2,3) Н-мен келесі диссоциациялану реакцияларын алуға болады.
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)
Негізгі күйдегі молекулалардың стандартты өндіріс жылуына сәйкес, жоғарыда көрсетілген диссоциация процестеріне қажетті энергиялар (2.1) ~ (2.5) сәйкесінше 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 ЭВ және 4.5 ЭВ құрайды. Плазмадағы жоғары энергиялы электрондар да келесі иондану реакцияларына түсе алады
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)
(2,6) ~ (2,9) үшін қажетті энергия сәйкесінше 11,9, 12,3, 13,6 және 15,3 ЭВ. Реакция энергиясының айырмашылығына байланысты (2,1) ~ (2,9) реакциялардың ықтималдығы өте біркелкі емес. Сонымен қатар, (2.1) ~ (2.5) реакция процесінде пайда болған сихм иондалу үшін келесі екінші реттік реакциялардан өтеді, мысалы:
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Егер жоғарыда аталған реакция бір электронды процесс арқылы жүзеге асырылса, қажетті энергия шамамен 12 эВ немесе одан да көп. Кремний негізіндегі пленкаларды дайындау үшін атмосфералық қысым (10-100pa) кезінде әлсіз иондалған плазмада 1010см-3 электрон тығыздығы бар жоғары энергиялы электрондардың саны 10ев жоғары болатынын ескере отырып, жинақталған иондану ықтималдығы әдетте қозу ықтималдығынан аз. Сондықтан силан плазмасындағы жоғарыда аталған иондалған қосылыстардың үлесі өте аз, ал сихмнің бейтарап тобы басым болады. Бұл тұжырымды масс-спектрді талдау нәтижелері де дәлелдейді [8]. Bourquard және т.б. Әрі қарай sihm концентрациясы sih3, sih2, Si және SIH ретімен төмендегенін атап өтті, бірақ SiH3 концентрациясы SIH концентрациясынан үш есе көп болды. Робертсон және т.б. Сихмның бейтарап өнімдерінде таза силан негізінен жоғары қуатты разряд үшін, ал sih3 негізінен төмен қуатты разряд үшін қолданылғаны туралы хабарлады. Шоғырлану реті жоғарыдан төменге қарай SiH3, SiH, Si, SiH2 болды. Сондықтан плазмалық процестің параметрлері sihm бейтарап өнімдерінің құрамына қатты әсер етеді.
Жоғарыда аталған диссоциациялану және иондану реакцияларынан басқа иондық молекулалар арасындағы қайталама реакциялар да өте маңызды.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Сондықтан ион концентрациясы бойынша sih3 + sih2 + -ден көп. Ол SiH4 плазмасында sih2 + иондарына қарағанда sih3 + иондарының неге көп екенін түсіндіре алады.
Сонымен қатар, плазмадағы сутегі атомдары SiH4 құрамындағы сутекті басып алатын молекулалық атомдардың соқтығысу реакциясы болады.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Бұл экзотермиялық реакция және si2h6 түзілуінің прекурсоры. Әрине, бұл топтар тек негізгі күйде ғана емес, сонымен бірге плазмадағы қоздырылған күйге де қозды. Силан плазмасының эмиссиялық спектрлері Si, SIH, h оптикалық рұқсат етілген ауыспалы қозған күйлер және SiH2, SiH3 тербеліс қозған күйлері бар екенін көрсетеді.
Жіберу уақыты: 07 сәуір 2021 ж