Плазмын сайжруулсан химийн уурын хуримтлалын үндсэн технологи (PECVD)

1. Плазмын сайжруулсан химийн уурын хуримтлалын үндсэн процессууд

Плазмын сайжруулсан химийн уурын хуримтлал (PECVD) нь гялалзсан плазмын тусламжтайгаар хийн бодисыг химийн урвалд оруулах замаар нимгэн хальс үүсгэх шинэ технологи юм. PECVD технологийг хийн ялгаруулалтаар бэлтгэдэг тул тэнцвэрт бус плазмын урвалын шинж чанарыг үр дүнтэй ашиглаж, урвалын системийн эрчим хүчний хангамжийн горимыг үндсээр нь өөрчилдөг. Ерөнхийдөө PECVD технологийг нимгэн хальс бэлтгэхэд ашигладаг бол нимгэн хальсны өсөлт нь дараах гурван үндсэн процессыг агуулдаг.

Нэгдүгээрт, тэнцвэрт бус плазмд электронууд нь анхдагч шатанд урвалын хийтэй урвалд орж, урвалын хийг задалж, ион ба идэвхтэй бүлгүүдийн холимог үүсгэдэг;

Хоёрдугаарт, бүх төрлийн идэвхтэй бүлгүүд тархаж, хальсны гадаргуу ба хананд дамждаг бөгөөд урвалд орох бодисуудын хоорондох хоёрдогч урвал нэгэн зэрэг явагддаг;

Эцэст нь өсөлтийн гадаргууд хүрч буй бүх төрлийн анхдагч болон хоёрдогч урвалын бүтээгдэхүүнүүд шингэж, гадаргуутай урвалд орж, хийн молекулууд дахин ялгардаг.

Тодруулбал, гялбаа ялгаруулах аргад суурилсан PECVD технологи нь гадны цахилгаан соронзон орны өдөөлт дор урвалын хийг ионжуулж плазм үүсгэдэг. Гялалзсан плазмын гаднах цахилгаан орны нөлөөгөөр хурдассан электронуудын кинетик энерги нь ихэвчлэн 10ев орчим буюу түүнээс дээш байдаг бөгөөд энэ нь реактив хийн молекулуудын химийн холбоог устгахад хангалттай юм. Иймээс өндөр энергитэй электронууд болон реактив хийн молекулуудын уян хатан бус мөргөлдөөний үр дүнд хийн молекулууд нь иончлогдсон эсвэл задарч, төвийг сахисан атом, молекулын бүтээгдэхүүн үүсгэдэг. Эерэг ионууд нь цахилгаан талбарыг хурдасгах ионы давхаргын нөлөөгөөр хурдасч, дээд электродтой мөргөлддөг. Доод электродын ойролцоо жижиг ионы давхаргын цахилгаан орон байдаг тул субстрат нь тодорхой хэмжээгээр ионоор бөмбөгддөг. Үүний үр дүнд задралын үр дүнд үүссэн саармаг бодис нь хоолойн хана болон субстрат руу тархдаг. Дрифт ба тархалтын явцад эдгээр бөөмс ба бүлгүүд (химийн идэвхтэй саармаг атом ба молекулуудыг бүлэг гэж нэрлэдэг) богино дундаж чөлөөт замаас болж ионы молекулын урвал ба бүлгийн молекулын урвалд орно. Субстратад хүрч, шингээгдсэн химийн идэвхтэй бодисуудын (голчлон бүлгүүдийн) химийн шинж чанар нь маш идэвхтэй бөгөөд тэдгээрийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн үр дүнд хальс үүсдэг.

2. Плазмын химийн урвал

Гялалзах үйл явц дахь урвалын хийн өдөөлт нь голчлон электрон мөргөлдөөн байдаг тул плазм дахь энгийн урвалууд нь олон янз байдаг бөгөөд плазм ба хатуу гадаргуугийн харилцан үйлчлэл нь маш нарийн төвөгтэй байдаг нь механизмыг судлахад илүү төвөгтэй болгодог. PECVD үйл явцын . Одоогийн байдлаар олон чухал урвалын системийг туршилтаар оновчтой болгож, хамгийн тохиромжтой шинж чанартай хальсыг олж авсан. PECVD технологид суурилсан цахиурт суурилсан нимгэн хальсыг тунадасжуулахын тулд хэрэв тунадасжуулах механизмыг гүнзгийрүүлж чадвал материалын маш сайн физик шинж чанарыг хангах үүднээс цахиурт суурилсан нимгэн хальсыг хуримтлуулах хурдыг ихээхэн нэмэгдүүлэх боломжтой.

Одоогийн байдлаар цахиур дээр суурилсан нимгэн хальсны судалгаанд устөрөгчийн шингэрүүлсэн силан (SiH4) нь цахиурт суурилсан нимгэн хальсанд тодорхой хэмжээний устөрөгч агуулагддаг тул урвалын хий болгон өргөн хэрэглэгддэг. H нь цахиур дээр суурилсан нимгэн хальсанд маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь материалын бүтэц дэх унжсан холбоог дүүргэж, согогийн энергийн түвшинг эрс багасгаж, материалын валентийн электрон хяналтыг хялбархан ойлгож чадна. Цахиурын нимгэн хальсны допингийн нөлөөг анх ойлгож, анхны PN уулзварыг бэлтгэж, PECVD технологид суурилсан цахиурт суурилсан нимгэн хальс бэлтгэх, хэрэглэх судалгааг хурдацтай хөгжүүлсэн. Тиймээс PECVD технологиор хадгалсан цахиурт суурилсан нимгэн хальсан дахь химийн урвалыг доор тайлбарлаж, хэлэлцэх болно.

Гялалзах цэнэгийн нөхцөлд, силаны плазм дахь электронууд хэд хэдэн EV энергитэй байдаг тул H2 ба SiH4 нь анхдагч урвалд хамаарах электронуудтай мөргөлдөх үед задрах болно. Хэрэв бид завсрын өдөөгдсөн төлөвүүдийг авч үзэхгүй бол H-тэй sihm (M = 0,1,2,3)-ийн дараах диссоциацийн урвалыг авч болно.

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)

Үндсэн төлөвийн молекулуудын үйлдвэрлэлийн стандарт дулааны дагуу дээрх диссоциацийн процессуудад шаардагдах энерги (2.1) ~ (2.5) тус тус 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV ба 4.5 EV байна. Плазмын өндөр энергийн электронууд мөн дараах иончлолын урвалд орж болно

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)-д шаардагдах энерги нь 11.9, 12.3, 13.6 ба 15.3 EV байна. Урвалын энергийн зөрүүгээс шалтгаалан (2.1) ~ (2.9) урвалын магадлал маш жигд бус байна. Түүнчлэн (2.1) ~ (2.5) урвалын процессоор үүссэн сихм нь иончлох зэрэг дараах хоёрдогч урвалд орно.

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

Хэрэв дээрх урвалыг нэг электрон процессоор хийвэл шаардлагатай энерги нь ойролцоогоор 12 эВ ба түүнээс дээш байна. Цахиурт суурилсан хальс бэлтгэхэд 1010см-3 электрон нягттай сул ионжсон сийвэн дэх 10ев-ээс дээш өндөр энергитэй электронуудын тоо нь атмосферийн даралт (10-100па) дор харьцангуй бага байдгийг харгалзан үзэхэд хуримтлагдсан. иончлолын магадлал нь ерөнхийдөө өдөөх магадлалаас бага байдаг. Иймээс силаны сийвэн дэх дээрх ионжуулсан нэгдлүүдийн эзлэх хувь маш бага бөгөөд сихмын саармаг бүлэг давамгайлж байна. Масс спектрийн шинжилгээний үр дүн ч энэ дүгнэлтийг баталж байна [8]. Bourquard нар. Цаашид сихмийн концентраци sih3, sih2, Si, SIH гэсэн дарааллаар буурсан боловч SiH3-ийн концентраци SIH-ээс гурав дахин их байсныг онцлон тэмдэглэв. Робертсон нар. Sihm-ийн саармаг бүтээгдэхүүнд цэвэр силаныг голчлон өндөр чадлын цэнэггүйдэлд ашигладаг байсан бол sih3 нь бага чадлын цэнэггүйдэлд голчлон ашигласан гэж мэдээлсэн. Баяжуулалтын дарааллыг ихээс бага руу шилжүүлэх нь SiH3, SiH, Si, SiH2 байв. Тиймээс сийвэнгийн процессын параметрүүд нь sihm саармаг бүтээгдэхүүний найрлагад хүчтэй нөлөөлдөг.

Дээрх диссоциаци ба иончлолын урвалаас гадна ионы молекулуудын хоорондох хоёрдогч урвалууд нь маш чухал юм.

SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

Тиймээс ионы концентрацийн хувьд sih3 + нь sih2 + -ээс их байна. Энэ нь яагаад SiH4 сийвэн дэх sih2 + ионуудаас илүү sih3 + ионууд байгааг тайлбарлаж болно.

Үүнээс гадна сийвэн дэх устөрөгчийн атомууд SiH4 дахь устөрөгчийг барьж авах молекулын атомын мөргөлдөх урвал явагдана.

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

Энэ нь экзотермик урвал бөгөөд si2h6 үүсэх урьдал бодис юм. Мэдээжийн хэрэг, эдгээр бүлгүүд нь зөвхөн газрын төлөв байдалд байгаа төдийгүй плазм дахь сэтгэл хөдлөлийн төлөв байдалд сэтгэл догдлом байдаг. Силан сийвэнгийн ялгаралтын спектрүүд нь Si, SIH, h-ийн шилжилтийн өдөөгдсөн төлөвүүд, SiH2, SiH3-ийн чичиргээний өдөөгдсөн төлөвүүд байгааг харуулж байна.