പ്ലാസ്മ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ രാസ നീരാവി നിക്ഷേപത്തിൻ്റെ അടിസ്ഥാന സാങ്കേതികവിദ്യ (PECVD)

1. പ്ലാസ്മ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ രാസ നീരാവി നിക്ഷേപത്തിൻ്റെ പ്രധാന പ്രക്രിയകൾ

ഗ്ലോ ഡിസ്ചാർജ് പ്ലാസ്മയുടെ സഹായത്തോടെ വാതക പദാർത്ഥങ്ങളുടെ രാസപ്രവർത്തനത്തിലൂടെ നേർത്ത ഫിലിമുകളുടെ വളർച്ചയ്ക്കുള്ള ഒരു പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് പ്ലാസ്മ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ രാസ നീരാവി നിക്ഷേപം (പിഇസിവിഡി). PECVD സാങ്കേതികവിദ്യ ഗ്യാസ് ഡിസ്ചാർജ് വഴി തയ്യാറാക്കിയതിനാൽ, സന്തുലിതമല്ലാത്ത പ്ലാസ്മയുടെ പ്രതിപ്രവർത്തന സവിശേഷതകൾ ഫലപ്രദമായി ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നു, കൂടാതെ പ്രതികരണ സംവിധാനത്തിൻ്റെ ഊർജ്ജ വിതരണ രീതി അടിസ്ഥാനപരമായി മാറുന്നു. സാധാരണയായി പറഞ്ഞാൽ, നേർത്ത ഫിലിമുകൾ തയ്യാറാക്കാൻ PECVD സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, നേർത്ത ഫിലിമുകളുടെ വളർച്ച പ്രധാനമായും ഇനിപ്പറയുന്ന മൂന്ന് അടിസ്ഥാന പ്രക്രിയകൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു.

ഒന്നാമതായി, സന്തുലിതമല്ലാത്ത പ്ലാസ്മയിൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾ പ്രതിപ്രവർത്തന വാതകവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തന വാതകവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് പ്രതിപ്രവർത്തന വാതകത്തെ വിഘടിപ്പിക്കുകയും അയോണുകളുടെയും സജീവ ഗ്രൂപ്പുകളുടെയും മിശ്രിതം ഉണ്ടാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു;

രണ്ടാമതായി, എല്ലാത്തരം സജീവ ഗ്രൂപ്പുകളും പടരുകയും ഫിലിമിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിലേക്കും മതിലിലേക്കും കൊണ്ടുപോകുകയും ചെയ്യുന്നു, കൂടാതെ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ദ്വിതീയ പ്രതികരണങ്ങൾ ഒരേ സമയം സംഭവിക്കുന്നു;

അവസാനമായി, വളർച്ചാ പ്രതലത്തിൽ എത്തുന്ന എല്ലാത്തരം പ്രാഥമികവും ദ്വിതീയവുമായ പ്രതിപ്രവർത്തന ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുകയും ഉപരിതലവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഒപ്പം വാതക തന്മാത്രകളുടെ പുനർ പ്രകാശനവും.

പ്രത്യേകിച്ചും, ഗ്ലോ ഡിസ്ചാർജ് രീതിയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള പിഇസിവിഡി സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് ബാഹ്യ വൈദ്യുതകാന്തിക മണ്ഡലത്തിൻ്റെ ആവേശത്തിൽ പ്ലാസ്മ രൂപപ്പെടുന്നതിന് പ്രതിപ്രവർത്തന വാതകത്തെ അയണീകരിക്കാൻ കഴിയും. ഗ്ലോ ഡിസ്ചാർജ് പ്ലാസ്മയിൽ, ബാഹ്യ വൈദ്യുത മണ്ഡലം വഴി ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഗതികോർജ്ജം സാധാരണയായി 10ev അല്ലെങ്കിൽ അതിലും ഉയർന്നതാണ്, ഇത് പ്രതിപ്രവർത്തന വാതക തന്മാത്രകളുടെ രാസ ബോണ്ടുകളെ നശിപ്പിക്കാൻ പര്യാപ്തമാണ്. അതിനാൽ, ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും റിയാക്ടീവ് വാതക തന്മാത്രകളുടെയും അസ്ഥിരമായ കൂട്ടിയിടിയിലൂടെ, വാതക തന്മാത്രകൾ അയോണൈസ് ചെയ്യപ്പെടുകയോ വിഘടിപ്പിക്കുകയോ ചെയ്ത് നിഷ്പക്ഷ ആറ്റങ്ങളും തന്മാത്രാ ഉൽപ്പന്നങ്ങളും ഉത്പാദിപ്പിക്കും. വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തെ ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്ന അയോൺ പാളിയാൽ പോസിറ്റീവ് അയോണുകൾ ത്വരിതപ്പെടുത്തുകയും മുകളിലെ ഇലക്ട്രോഡുമായി കൂട്ടിയിടിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. താഴത്തെ ഇലക്‌ട്രോഡിന് സമീപം ഒരു ചെറിയ അയോൺ പാളി വൈദ്യുത മണ്ഡലവും ഉണ്ട്, അതിനാൽ അടിവസ്ത്രവും ഒരു പരിധിവരെ അയോണുകളാൽ ബോംബെറിയപ്പെടുന്നു. തൽഫലമായി, വിഘടിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ ഉണ്ടാകുന്ന നിഷ്പക്ഷ പദാർത്ഥം ട്യൂബ് മതിലിലേക്കും അടിവസ്ത്രത്തിലേക്കും വ്യാപിക്കുന്നു. ഡ്രിഫ്റ്റ്, ഡിഫ്യൂഷൻ പ്രക്രിയയിൽ, ഈ കണികകളും ഗ്രൂപ്പുകളും (രാസപരമായി സജീവമായ ന്യൂട്രൽ ആറ്റങ്ങളെയും തന്മാത്രകളെയും ഗ്രൂപ്പുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു) ഹ്രസ്വ ശരാശരി സ്വതന്ത്ര പാത കാരണം അയോൺ മോളിക്യൂൾ പ്രതികരണത്തിനും ഗ്രൂപ്പ് തന്മാത്ര പ്രതികരണത്തിനും വിധേയമാകും. കെമിക്കൽ സജീവ പദാർത്ഥങ്ങളുടെ (പ്രധാനമായും ഗ്രൂപ്പുകൾ) രാസ ഗുണങ്ങൾ അടിവസ്ത്രത്തിൽ എത്തുകയും ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു, അവ തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിലൂടെയാണ് ഫിലിം രൂപപ്പെടുന്നത്.

2. പ്ലാസ്മയിലെ രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ

ഗ്ലോ ഡിസ്ചാർജ് പ്രക്രിയയിൽ പ്രതിപ്രവർത്തന വാതകത്തിൻ്റെ ആവേശം പ്രധാനമായും ഇലക്ട്രോൺ കൂട്ടിയിടി ആയതിനാൽ, പ്ലാസ്മയിലെ പ്രാഥമിക പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ വ്യത്യസ്തമാണ്, കൂടാതെ പ്ലാസ്മയും ഖര പ്രതലവും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനവും വളരെ സങ്കീർണ്ണമാണ്, ഇത് മെക്കാനിസം പഠിക്കുന്നത് കൂടുതൽ ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുന്നു. PECVD പ്രക്രിയയുടെ. ഇതുവരെ, അനുയോജ്യമായ ഗുണങ്ങളുള്ള ഫിലിമുകൾ ലഭിക്കുന്നതിന് നിരവധി പ്രധാന പ്രതികരണ സംവിധാനങ്ങൾ പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. PECVD സാങ്കേതികവിദ്യയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത നേർത്ത ഫിലിമുകൾ നിക്ഷേപിക്കുന്നതിന്, ഡിപ്പോസിഷൻ മെക്കാനിസം ആഴത്തിൽ വെളിപ്പെടുത്താൻ കഴിയുമെങ്കിൽ, മെറ്റീരിയലുകളുടെ മികച്ച ഭൗതിക ഗുണങ്ങൾ ഉറപ്പാക്കുന്നതിൻ്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള നേർത്ത ഫിലിമുകളുടെ ഡിപ്പോസിഷൻ നിരക്ക് വളരെയധികം വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.

നിലവിൽ, സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള നേർത്ത ഫിലിമുകളുടെ ഗവേഷണത്തിൽ, ഹൈഡ്രജൻ നേർപ്പിച്ച സിലേൻ (SiH4) പ്രതിപ്രവർത്തന വാതകമായി വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, കാരണം സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള നേർത്ത ഫിലിമുകളിൽ ഒരു നിശ്ചിത അളവിൽ ഹൈഡ്രജൻ ഉണ്ട്. സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള നേർത്ത ഫിലിമുകളിൽ എച്ച് വളരെ പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. ഇതിന് മെറ്റീരിയൽ ഘടനയിൽ തൂങ്ങിക്കിടക്കുന്ന ബോണ്ടുകൾ നിറയ്ക്കാനും വൈകല്യമുള്ള energy ർജ്ജ നില വളരെയധികം കുറയ്ക്കാനും കുന്തവും മറ്റുള്ളവരും മുതൽ മെറ്റീരിയലുകളുടെ വാലൻസ് ഇലക്ട്രോൺ നിയന്ത്രണം എളുപ്പത്തിൽ മനസ്സിലാക്കാനും കഴിയും. സിലിക്കൺ നേർത്ത ഫിലിമുകളുടെ ഉത്തേജക പ്രഭാവം ആദ്യം മനസ്സിലാക്കുകയും ആദ്യത്തെ പിഎൻ ജംഗ്ഷൻ തയ്യാറാക്കുകയും ചെയ്തു, PECVD സാങ്കേതികവിദ്യയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സിലിക്കൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള നേർത്ത ഫിലിമുകൾ തയ്യാറാക്കുന്നതിനും പ്രയോഗിക്കുന്നതിനുമുള്ള ഗവേഷണം കുതിച്ചുചാട്ടത്തിലൂടെ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. അതിനാൽ, PECVD സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ച് നിക്ഷേപിച്ച സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത നേർത്ത ഫിലിമുകളിലെ രാസപ്രവർത്തനം ഇനിപ്പറയുന്നതിൽ വിവരിക്കുകയും ചർച്ച ചെയ്യുകയും ചെയ്യും.

ഗ്ലോ ഡിസ്ചാർജ് അവസ്ഥയിൽ, സിലേൻ പ്ലാസ്മയിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് നിരവധി EV ഊർജ്ജം ഉള്ളതിനാൽ, പ്രാഥമിക പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിൽ പെടുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളാൽ കൂട്ടിയിടിക്കുമ്പോൾ H2, SiH4 എന്നിവ വിഘടിക്കും. നമ്മൾ ഇൻ്റർമീഡിയറ്റ് എക്സൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റുകൾ പരിഗണിക്കുന്നില്ലെങ്കിൽ, H-നൊപ്പം sihm (M = 0,1,2,3) ൻ്റെ ഇനിപ്പറയുന്ന ഡിസോസിയേഷൻ പ്രതികരണങ്ങൾ നമുക്ക് ലഭിക്കും.

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)

ഗ്രൗണ്ട് സ്റ്റേറ്റ് മോളിക്യൂളുകളുടെ ഉൽപാദനത്തിൻ്റെ സ്റ്റാൻഡേർഡ് ഹീറ്റ് അനുസരിച്ച്, മുകളിൽ പറഞ്ഞ വിഘടന പ്രക്രിയകൾക്ക് ആവശ്യമായ ഊർജ്ജം (2.1) ~ (2.5) യഥാക്രമം 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV, 4.5 EV എന്നിവയാണ്. പ്ലാസ്മയിലെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് താഴെപ്പറയുന്ന അയോണൈസേഷൻ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് വിധേയമാകാം

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) ന് ആവശ്യമായ ഊർജ്ജം യഥാക്രമം 11.9, 12.3, 13.6, 15.3 EV എന്നിവയാണ്. പ്രതിപ്രവർത്തന ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ വ്യത്യാസം കാരണം, (2.1) ~ (2.9) പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളുടെ സംഭാവ്യത വളരെ അസമമാണ്. കൂടാതെ, പ്രതിപ്രവർത്തന പ്രക്രിയയിൽ (2.1) ~ (2.5) രൂപം കൊള്ളുന്ന sihm അയോണീകരിക്കുന്നതിന് ഇനിപ്പറയുന്ന ദ്വിതീയ പ്രതികരണങ്ങൾക്ക് വിധേയമാകും, ഉദാഹരണത്തിന്

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

മുകളിൽ പറഞ്ഞ പ്രതിപ്രവർത്തനം ഒരു ഇലക്ട്രോൺ പ്രക്രിയയിലൂടെയാണ് നടത്തുന്നതെങ്കിൽ, ആവശ്യമായ ഊർജ്ജം ഏകദേശം 12 eV അല്ലെങ്കിൽ അതിൽ കൂടുതലാണ്. 1010cm-3 ഇലക്ട്രോൺ സാന്ദ്രത ഉള്ള ദുർബലമായ അയോണൈസ്ഡ് പ്ലാസ്മയിൽ 10ev-ന് മുകളിലുള്ള ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണം സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഫിലിമുകൾ തയ്യാറാക്കുന്നതിനുള്ള അന്തരീക്ഷമർദ്ദത്തിൽ (10-100pa) താരതമ്യേന ചെറുതാണ്, ക്യുമുലേറ്റീവ് അയോണൈസേഷൻ പ്രോബബിലിറ്റി സാധാരണയായി ഉത്തേജക സാധ്യതയേക്കാൾ ചെറുതാണ്. അതിനാൽ, സിലാൻ പ്ലാസ്മയിലെ മേൽപ്പറഞ്ഞ അയോണൈസ്ഡ് സംയുക്തങ്ങളുടെ അനുപാതം വളരെ ചെറുതാണ്, കൂടാതെ സിഹ്മിൻ്റെ ന്യൂട്രൽ ഗ്രൂപ്പ് പ്രബലമാണ്. മാസ് സ്പെക്ട്രം വിശകലന ഫലങ്ങളും ഈ നിഗമനത്തെ തെളിയിക്കുന്നു [8]. ബോർക്വാർഡ് et al. sih3, sih2, Si, SIH എന്നിവയുടെ ക്രമത്തിൽ sihm ൻ്റെ സാന്ദ്രത കുറഞ്ഞുവെന്നും എന്നാൽ SiH3 ൻ്റെ സാന്ദ്രത SIH-ൻ്റെ മൂന്നിരട്ടിയാണെന്നും ചൂണ്ടിക്കാട്ടി. റോബർട്ട്‌സൺ തുടങ്ങിയവർ. sihm-ൻ്റെ നിഷ്പക്ഷ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിൽ, ശുദ്ധമായ silane പ്രധാനമായും ഉയർന്ന-പവർ ഡിസ്ചാർജിനായി ഉപയോഗിച്ചിരുന്നു, അതേസമയം sih3 പ്രധാനമായും ലോ-പവർ ഡിസ്ചാർജിനാണ് ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്. ഉയർന്നതിൽ നിന്ന് താഴ്ന്നതിലേക്കുള്ള ഏകാഗ്രതയുടെ ക്രമം SiH3, SiH, Si, SiH2 ആയിരുന്നു. അതിനാൽ, പ്ലാസ്മ പ്രോസസ് പാരാമീറ്ററുകൾ സിഹ്ം ന്യൂട്രൽ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ ഘടനയെ ശക്തമായി ബാധിക്കുന്നു.

മേൽപ്പറഞ്ഞ ഡിസോസിയേഷൻ, അയോണൈസേഷൻ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് പുറമേ, അയോണിക് തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദ്വിതീയ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളും വളരെ പ്രധാനമാണ്.

SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

അതിനാൽ, അയോൺ സാന്ദ്രതയുടെ കാര്യത്തിൽ, sih3 + sih2 + നേക്കാൾ കൂടുതലാണ്. SiH4 പ്ലാസ്മയിൽ sih2 + അയോണുകളേക്കാൾ കൂടുതൽ sih3 + അയോണുകൾ ഉള്ളത് എന്തുകൊണ്ടാണെന്ന് ഇതിന് വിശദീകരിക്കാൻ കഴിയും.

കൂടാതെ, പ്ലാസ്മയിലെ ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റങ്ങൾ SiH4-ൽ ഹൈഡ്രജൻ പിടിച്ചെടുക്കുന്ന ഒരു തന്മാത്രാ ആറ്റം കൂട്ടിയിടി പ്രതികരണം ഉണ്ടാകും.

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

ഇത് ഒരു എക്സോതെർമിക് പ്രതികരണവും si2h6 ൻ്റെ രൂപീകരണത്തിൻ്റെ മുൻഗാമിയുമാണ്. തീർച്ചയായും, ഈ ഗ്രൂപ്പുകൾ ഗ്രൗണ്ട് സ്റ്റേറ്റിൽ മാത്രമല്ല, പ്ലാസ്മയിലെ ആവേശഭരിതമായ അവസ്ഥയിലേക്ക് ആവേശഭരിതരാണ്. സിലേൻ പ്ലാസ്മയുടെ എമിഷൻ സ്പെക്ട്ര കാണിക്കുന്നത് ഒപ്റ്റിക്കലായി അനുവദനീയമായ സംക്രമണ പ്രചോദിതമായ Si, SIH, h, വൈബ്രേഷനൽ എക്സൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റുകൾ SiH2, SiH3 എന്നിവയുണ്ടെന്ന്.